BR112012016353B1 - sistema para monitoração de nível de óleo e detecção de vazamentos em transformadores de potência, reatores, transformadores de corrente e potencial, buchas de alta tensão e congêneres - Google Patents
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Abstract
sistema para monitoração de nível de óleo e detecção de vazamentos em transformadores de potência, reatores,transformadores de corrente e potencial, buchas de alta tensão e congêneres refere-se a um sistema que pela utilização de sensores e outros componentes eletrônicos realiza a medição e a monitoração em tempo real de transformadores e equipamentos afins, preenchidos com óleo isolante, com maior precisão e sem a necessidade do uso de bóias ou partes mecânicas móveis, enquanto apresenta inúmeras facilidades no sentido de tornar o monitoramento de nível mais confiável e seguro, com destaque para os cálculos de erro de nível, alarme por detecção de vazamento de óleo, detecção de excesso de óleo durante o processo de enchimento do equipamento e cálculo de tendências de evolução do nível, dentre outras facilidades.
Description
SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES
BREVE APRESENTAÇÃO [001] Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um inédito “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES”; notadamente de um sistema que pela utilização de sensores e outros componentes eletrônicos realiza a medição e a monitoração em tempo real de transformadores e equipamentos afins, preenchidos com óleo isolante, com maior precisão e sem a necessidade do uso de bóias ou partes mecânicas móveis, enquanto apresenta inúmeras facilidades no sentido de tornar o monitoramento de nível mais confiável e seguro, com destaque para os cálculos de erro de nível, alarme por detecção de vazamento de óleo, detecção de excesso de óleo durante o processo de enchimento do equipamento e cálculo de tendências de evolução do nível, dentre outras facilidades.
BREVE INTRODUÇÃO [002] Os transformadores e reatores de potência são equipamentos largamente utilizados em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica de média, alta e extra-alta tensão. Estes equipamentos freqüentemente utilizam como meio isolante e de remoção de calor algum tipo de óleo, que pode ser mineral (derivado do petróleo), vegetal (obtido da soja, girassol ou outro) ou de silicone, por exemplo.
[003] Os transformadores e reatores possuem enrolamentos de cobre que recebem uma bandagem de papel ao seu redor. Toda a parte ativa - composta de núcleo e enrolamentos - é então imersa no óleo isolante, de forma a impregnar o papel e garantir assim a isolação elétrica do conjunto, além de proporcionar o resfriamento dos enrolamentos por meio da circulação do óleo em radiadores de calor.
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2/12 [004] Dessa forma, é essencial para a operação segura do equipamento que a parte ativa esteja permanentemente imersa no óleo isolante. Contudo, as variações de temperatura durante a operação do equipamento, devido tanto à variação da temperatura ambiente quanto ao aquecimento provocado pela corrente elétrica, provocam a dilatação e contração do óleo, variando, portanto, o seu volume e fazendo com que seu nível aumente e diminua.
[005] Para garantir que a parte ativa esteja permanentemente imersa no óleo isolante em todas as condições de operação, o transformador ou reator é equipado com um tanque de expansão de óleo, também denominado tanque conservador, instalado acima do tanque principal do equipamento e interligado a este por uma tubulação. A função do tanque conservador é prover espaço para o nível de óleo variar em seu interior, subindo quando aumenta a temperatura e diminuindo quando esta se reduz. O volume do tanque conservador é calculado de tal forma que o tanque principal, onde está a parte ativa, estará sempre completamente cheio de óleo, mesmo na temperatura mais baixa, e o óleo nunca trasbordará para o exterior, mesmo na temperatura mais alta esperada.
[006] Portanto, dada a importância do nível de óleo para a operação segura do equipamento, é necessário que o mesmo seja medido continuamente, de forma a detectar prontamente a ocorrência de nível abaixo do mínimo tolerado, prevenindo assim um curto-circuito por falta de óleo na parte ativa, além de alertar para a contaminação do meio ambiente com óleo devido a um eventual vazamento. Da forma similar, a medição de nível de óleo permite detectar a ocorrência de nível acima do esperado, devido a enchimento do equipamento com excesso de óleo, por exemplo, alertando para o risco de transbordamento e contaminação do meio ambiente.
[007] Nos transformadores e reatores modernos o tanque de expansão é equipado também com uma membrana ou bolsa de borracha que impede o contato direto do óleo com o ar, sem impedir, contudo, a variação do nível de óleo, uma vez que a membrana ou bolsa é flexível, subindo e descendo acompanhando o nível do óleo. A parte superior da membrana ou bolsa de borracha está em contato com o ambiente externo por meio de uma tubulação de ar e de um dispositivo desumidificador de ar. Desta
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3/12 forma, evita-se a ocorrência de pressão ou vácuo no interior do tanque do equipamento devido à expansão ou contração do óleo.
ESTADO DA TÉCNICA [008] No atual estado da técnica, o sistema de medição do nível do óleo, é constituído por um indicador de nível de óleo que opera por meio de uma bóia situada na parte inferior da membrana ou bolsa de borracha, de forma que a bóia sobe e desce acompanhando o movimento da membrana ou bolsa, que por sua vez acompanha o aumento ou redução do nível do óleo. A bóia é acoplada ao indicador de nível de óleo por meio de uma haste que movimenta um mecanismo, que por sua vez aciona o ponteiro, indicando em uma escala graduada o nível atual do óleo.
[009] Tal arranjo pode ser observado, por exemplo, nas Patentes US 7,191,648 e 6,708,562.
[010] Quando o nível do óleo atinge condições críticas, tais como nível baixo, muito baixo, alto ou muito alto, o movimento do mecanismo provoca o fechamento de um ou mais contatos elétricos, que são utilizados para acionar um alarme visual ou sonoro na sala de controle da instalação.
[011] O estado da técnica do sistema de indicação de nível de óleo apresenta algumas desvantagens que se observam na prática, quais sejam:
* Por tratar-se de um sistema com acionamento mecânico, está sujeito à ocorrência de falhas de natureza mecânica, tais como o emperramento do mecanismo; *Para prevenir a ocorrência de falhas mecânicas, é necessária a realização de manutenções preventivas para lubrificação, por exemplo;
* Com o movimento de sobe e desce do nível do óleo, a borracha da membrana ou bolsa pode apresentar ondulações ou dobras nas quais a bóia pode enroscar-se e ficar presa, causando indicação imprecisa do nível de óleo;
* Em casos extremos, o fato descrito no item anterior pode fazer com que a bóia e/ou sua haste provoquem a perfuração da membrana ou bolsa, colocando o óleo em contato com o oxigênio e umidade do ar e causando o envelhecimento acelerado do papel isolante dos enrolamentos por oxidação e hidrólise;
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4/12 * A detecção de vazamentos pode não ser realizada de imediato, uma vez que a perda do óleo para o ambiente pode ser mascarada pelo aumento de nível devido a um aumento da temperatura, de forma que os contatos de alarme por nível baixo só serão acionados depois que um volume considerável de óleo tiver sido lançado na natureza;
* De forma similar, a detecção de que o transformador foi preenchido com óleo além do necessário pode não ser realizada de imediato, uma vez que a existência de óleo em excesso pode ser mascarada pela redução do nível devido à baixa temperatura quando o transformador está desligado. Desta forma, os contatos de alarme só serão acionados algum tempo depois que o transformador for energizado, quando a temperatura do óleo elevar-se, causando um desligamento forçado do equipamento para retirada de óleo ou o derramamento do excesso de óleo na natureza.
DA NOVA INVENÇÃO [012] Ciente do estado da técnica, seus inconvenientes e limitantes, o inventor, pessoa atuante no segmento em apreços, apões estudos e pesquisas, criou o “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” em questão, que vem tornar mais confiável a medição e monitoração em tempo real do nível de óleo em transformadores e equipamentos afins preenchidos com óleo isolante sem uso de bóias e partes mecânicas, suprindo as deficiências atuais no que se refere aos inconvenientes fartamente ilustrados no estado da técnica.
VANTAGENS DA INVENÇÃO [013] O sistema de monitoração de nível de óleo pleiteado apresenta as seguintes vantagens em relação ao estado da técnica:
*Por não possuir partes mecânicas móveis, são eliminados os problemas associados às falhas mecânicas e necessidades de manutenção;
* Por não possuir bóia ou outras partes em contato com a membrana ou bolsa de borracha, é eliminado o risco de o sistema de medição de nível causar danos ou perfuração das mesmas;
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5/12 * Maior precisão na medição do nível do óleo, por não usar sistema mecânico; *Possibilidade de integração com outros equipamentos de proteção ou monitoração já existentes no transformador ou reator, tais como o relé de gás e o monitor de temperaturas, reduzindo custos e facilitando a instalação e manutenção;
*Melhor monitoração de eventuais vazamentos de óleo, permitindo detectá-los antes mesmo que o nível do óleo atinja o valor limite mínimo. Com isso, proporciona menores riscos de falha ao transformador ou reator e redução do impacto ambiental em caso de vazamento;
*Permite a detecção de enchimento do transformador ou reator com excesso de óleo, mesmo que o nível do óleo não atinja o valor limite máximo devido à baixa temperatura. [014] A seguir, a invenção será explicada em detalhes através dos desenhos abaixo relacionados:
Figura 1 - Vista esquemática do novo sistema aplicado em um transformador;
Figura 2 - Vista esquemática do novo sistema aplicado em um transformador com relé de gás agregado;
Figura 3 - Vista esquemática do novo sistema de de de monitoração monitoração monitoração inventado inventado inventado aplicado em um transformador com apenas um ou dois sensores de temperatura no tanque principal;
Figura 4 - Diagrama elétrico indicativo da medição e indicação de nível de óleo sem a disponibilidade da tensão de alimentação auxiliar.
DESCRIÇÃO DETALHADA [015] O “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES,
TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA
TENSÃO E CONGÊNERES”, notadamente da medição e monitoração do nível de óleo isolante de transformadores e equipamentos congêneres, utilizando um monitor de nível de óleo (24A, 24B) ao qual se conectam um sensor de pressão (21) para medir a pressão da coluna de óleo (6) interna, e um sensor de temperatura (22), disposto de forma a medir a temperatura do óleo (6) no interior do tanque de expansão (4), sendo
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6/12 que assim o monitor de nível (24A, 24B) calcula a altura da coluna de óleo, que corresponde ao nível do óleo, a partir da pressão do óleo e levando em consideração a mudança de densidade do óleo com a temperatura, obtendo com exatidão e indicando no display (25) o nível do óleo (6).
[016] O sistema pleiteado, conforme ilustra a figura 1, é composto por um sensor eletrônico de pressão (21) instalado em uma abertura de acesso (20), que normalmente já existe na parte inferior do tanque de expansão (4) para seu esvaziamento. O sensor (21) mede a pressão do óleo (6) na abertura de acesso (20) em relação à pressão atmosférica. Como o ar (10) no interior do tanque de expansão (4) encontra-se também à pressão atmosférica, por meio da tubulação (8), a pressão medida pelo sensor (21) equivale à pressão da coluna de óleo (6) no interior do tanque de expansão (4). Portanto, a medição do sensor de pressão (21) é proporcional ao nível do óleo (6), o que permite a medição do nível sem o uso de bóias ou quaisquer partes mecânicas.
[017] Os sinais (23) das medições dos sensores de pressão (21) e de temperatura (22) são levados então a um monitor de nível (24A) localizado no painel de controle (19) do transformador ou a um monitor de nível (24B) localizado no próprio tanque de expansão (4), adjacente aos sensores de pressão e temperatura (21, 22), podendo formar uma unidade mecânica com estes.
[018] Como mostra a Figura 2, na tubulação de interligação (5) entre o tanque do transformador (1) e o tanque de expansão (4) é instalado o relé de gás (32), também denominado relé Buchholz. O relé de gás (32) permite a passagem do óleo (6) em seu interior, com a finalidade de coletar eventuais bolhas de gás presentes no óleo. Pelo fato do relé de gás (32) ter contato direto com o óleo (6) e de ser instalado próximo do tanque de expansão (4), o monitor de nível de óleo (24C) pode ser integrado ao relé de gás (32), com o sensor de pressão (21) instalado no interior do relé de gás (32) e em contato com o óleo, assim como o sensor de temperatura (22).
[019] Com as informações dos sensores de pressão (21) e temperatura do óleo (22) no tanque (4), o monitor de nível (24A, 24B) corrige o valor da pressão medida considerando a mudança de densidade do óleo (6) com sua temperatura, obtendo
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7/12 assim a altura correta da coluna de óleo (6) e, por conseqüência, o nível exato do óleo (6), o qual é indicado no display (25) do monitor de nível (24A, 24B). O display (25) pode apresentar a informação do nível de óleo tanto em forma numérica quanto em forma de gráfico de barras (bar graph), de forma a permitir a fácil visualização à distância.
[020] O monitor de nível permite a programação pelo usuário de valores limite inferior e superior para o nível do óleo. Caso o nível seja menor que o limite inferior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo baixo. De forma similar, se o nível for maior que o limite superior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo alto Os alarmes gerados podem causar o acionamento de um ou mais contatos elétricos (26) de alarme, de acordo com a seleção de contatos (26) programada previamente pelo usuário para cada um dos alarmes individualmente, que podem ser utilizados pelo usuário para acionar alarme visual ou sonoro na sala de controle da instalação (não representados).
[021] Como já explanado, a dilatação e contração do óleo isolante ocorre em função das mudanças em sua temperatura, de forma que, se não existirem vazamentos, o nível do óleo (6) no tanque de expansão (4) será determinado pela temperatura do óleo ao longo da altura do tanque do transformador (1). Como a temperatura do óleo (6) altera-se em cada ponto diferente ao longo da altura do tanque (1), o sistema de monitoração de nível descrito possui diversos sensores de temperatura (27A, 27B, 27C), em número variado, distribuídos ao longo da altura do tanque (1), os quais são conectados a entradas do monitor de nível de óleo (24A, 24B). De posse dessas medições de temperatura, o monitor de nível (24A, 24B) efetua o cálculo da distribuição de temperaturas ao longo de todo o tanque (1) do transformador, mesmo em locais onde não existem sensores de temperatura instalados, por interpolação e/ou extrapolação utilizando funções matemáticas que podem ser selecionadas dentre os tipos linear, polinomial e exponencial, dentre outras. Com a distribuição de temperaturas ao longo do tanque (1), o monitor de nível (24A, 24B) efetua o cálculo da dilatação ou contração do óleo (6) ao longo do tanque (1), obtendo como resultado o nível de óleo esperado no tanque de expansão (4).
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8/12 [022] Uma vez que a instalação de um grande número de sensores de temperatura do óleo (27A, 27B, 27C) ao longo do tanque do transformador (1) pode ser inviável na prática, o monitor de nível (24A, 24B) permite a instalação de apenas 2 sensores de temperatura do óleo, em diferentes alturas do tanque (1), calculando então as temperaturas nas alturas intermediárias entre os sensores por interpolação e calculando as temperaturas acima do sensor superior (27A) e abaixo do sensor inferior (27C) por extrapolação. As funções matemáticas de interpolação e extrapolação utilizadas pelo monitor de nível podem ser selecionadas entre os tipos linear, polinomial e exponencial, dentre outras.
[023] Em aplicações onde somente um sensor de temperatura (27A) esteja disponível no topo do óleo do tanque do transformador (1), como mostra a Figura 3, o monitor de nível (24A) pode efetuar o cálculo da temperatura na parte inferior do tanque (1) a partir da medição de temperatura do sensor disponível (27A), da corrente que circula pelo transformador, medida através de um transformador de corrente (31), e das características dos radiadores (28) do sistema de resfriamento do transformador, obtendo-se assim um “sensor de temperatura virtual” (27V) na parte inferior do tanque (1). Com a informação do sensor de temperatura real (27A) e do “sensor virtual” (27V), os processos de interpolação matemática já descritos podem ser usados para interpolar e extrapolar as temperaturas ao longo da altura do tanque (1). Esta possibilidade é especialmente interessante quando se considera que a medição de temperatura do óleo (27A) no topo do tanque (1) e do transformador de corrente (31) já estão disponíveis nos monitores de temperatura (29) que normalmente equipam transformadores de potência, o que permite a integração, em um mesmo sistema de monitoração (30), das funções do monitor de nível de óleo (24A) e do monitor de temperaturas (29) do transformador.
[024] O monitor de nível de óleo (24A, 24B) calcula então a diferença entre o nível de óleo real, obtido a partir dos sensores de pressão (21) e temperatura (22), e o nível de óleo esperado, calculado a partir dos sensores de temperatura (27A, 27B, 27C) no tanque (1), sendo esta diferença denominada Erro de Nível. O monitor de nível permite a programação pelo usuário de valores limite inferior e superior para o Erro de Nível.
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9/12 [025] Caso o Erro de Nível seja menor que o limite inferior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo baixo. De forma similar, se o Erro de Nível for maior que o limite superior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo alto Os alarmes gerados podem causar o acionamento de um ou mais contatos elétricos (26) de alarme, de acordo com a seleção de contatos (26) programada previamente pelo usuário para cada um dos alarmes individualmente.
[026] Dado que o Erro de Nível está sujeito a oscilações ao longo do tempo, causadas pelas imprecisões inerentes aos sensores (21, 22, 27A, 27B, 27C), o monitor de nível efetua o cálculo da média móvel do Erro de Nível em uma janela de tempo ajustável pelo usuário. O resultado obtido é denominado Erro de Nível Médio. O monitor de nível permite a programação pelo usuário de valores limite inferior e superior para o Erro de Nível Médio. Caso o Erro de Nível Médio seja menor que o limite inferior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo baixo. De forma similar, se o Erro de Nível Médio for maior que o limite superior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo alto. [027] Os alarmes gerados podem causar o acionamento de um ou mais contatos elétricos (26) de alarme, de acordo com a seleção de contatos (26) programada previamente pelo usuário para cada um dos alarmes individualmente.
[028] Alternativamente, de posse da distribuição de temperatura ao longo da altura do tanque (1), obtida pelos processos de interpolação e extrapolação descritos, o monitor de nível (24A, 24B) efetua continuamente o cálculo de qual seria o nível de óleo no tanque de expansão (4) se o óleo se encontrasse a uma temperatura uniforme e igual a uma temperatura de referência programada pelo usuário, por exemplo, 25°C, sendo esse resultado denominado Nível Normatizado. O monitor de nível permite a programação pelo usuário de valores limite inferior e superior para o Nível Normatizado. Caso o Nível Normatizado seja menor que o limite inferior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo baixo. De forma similar, se o Nível Normatizado for maior que o limite superior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo alto. [029] Os alarmes gerados podem causar o acionamento de um ou mais contatos elétricos (26) de alarme, de acordo com a seleção de contatos (26) programada previamente pelo usuário para cada um dos alarmes individualmente.
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10/12 [030] Dado que o Nível Normatizado está sujeito a oscilações ao longo do tempo, causadas pelas imprecisões inerentes aos sensores (21, 22, 27A, 27B, 27C), o monitor de nível efetua o cálculo da média móvel do Nível Normatizado em uma janela de tempo ajustável pelo usuário. O resultado obtido é denominado Nível Normatizado Médio. O monitor de nível permite a programação pelo usuário de valores limite inferior e superior para o Nível Normatizado Médio. Caso o Nível Normatizado Médio seja menor que o limite inferior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo baixo. [031] De forma similar, se o Nível Normatizado Médio for maior que o limite superior, o monitor de nível gera um alarme de nível de óleo alto. Os alarmes gerados podem causar o acionamento de um ou mais contatos elétricos (26) de alarme, de acordo com a seleção de contatos (26) programada previamente pelo usuário para cada um dos alarmes individualmente.
[032] Sendo um dos principais propósitos de um sistema de monitoração de nível detectar a perda de óleo por vazamento para o ambiente, e considerando que vazamentos com pequeno fluxo de óleo podem persistir por um longo tempo antes que quaisquer dos limites de alarme acima descritos sejam atingidos, o monitor de nível (24A, 24B) efetua o cálculo das tendências de evolução por unidade de tempo dos parâmetros Erro de Nível, Erro de Nível Médio, Nível Normatizado e Nível Normatizado Médio. A partir das tendências de evolução calculadas, e supondo que as mesmas permaneçam constantes, o monitor de nível (24A, 24B) calcula o número de dias restantes para que cada um desses parâmetros atinja seu próprio limite inferior. O monitor de nível permite a programação pelo usuário de um valor limite inferior, em dias, para os números de dias restantes calculados. Caso qualquer um deles seja menor ou igual ao valor limite programado o monitor de nível (24A, 24B) gera um alarme por tendência de redução no nível de óleo, o que causa o acionamento de um ou mais contatos elétricos (26) de acordo com a seleção de contatos (26) programada previamente pelo usuário para cada um dos alarmes individualmente.
[033] Para permitir a indicação remota, na sala de controle da instalação ou em sistemas supervisórios tipo SCADA, das informações de Nível de óleo, Erro de Nível, Erro de Nível Médio, Nível Normatizado e Nível Normatizado Médio, assim como as
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11/12 tendências de evolução desses mesmos parâmetros, o monitor de nível (24A, 24B) possui saídas analógicas (26A). As saídas analógicas (26A) podem adotar padrão de saída em corrente, por exemplo, 0 a 1 mA; 0 a 5mA; 4 a 20mA ou outros, ou com padrão de saída em tensão, por exemplo 0 a 1V; 0 a 5V; 0 a 10V ou outros. Os valores de início e fim de escala das saídas analógicas (26A) podem ser programados pelo usuário, de acordo com a variável sendo indicada pela saída; por exemplo, se a saída for do tipo 4 a 20mA e estiver indicando nível de óleo, o início de escala pode corresponder a nível de 0%, gerando sinal de 4mA na saída, e o fim de escala pode corresponder a nível de 100%, gerando sinal de 20mA na saída.
[034] Em determinadas situações, pode ser necessário que a medição e indicação de nível de óleo estejam disponíveis sem que a tensão de alimentação auxiliar (40) esteja disponível para o monitor de nível (24A, 24B). Esse é o caso, por exemplo, durante o processo de enchimento do transformador com óleo, quando as conexões elétricas que levariam alimentação ao monitor de nível (24A, 24B) ainda não estão disponíveis. Para permitir a operação nessa situação, como mostra a figura 4, o monitor de nível (24A) está equipado com um dispositivo acumulador de energia (33), que pode ser uma bateria, um supercapacitor ou outro, com carga suficiente para permitir a operação dos sensores de pressão (21) e temperatura (22), assim como dos circuitos de leitura desses sensores (34), do microcontrolador (35) e do display (25). Para maximizar a duração da energia acumulada no dispositivo acumulador (33), o monitor de nível (24A) permanece normalmente desligado e fora de operação.
[035] Sempre que uma medição de nível for necessária, o usuário pode solicitá-la acionando o botão (36) no monitor de nível (24A). Ao acionar-se o botão (36) o mesmo dispara um circuito temporizador (37), que envia alimentação para os sensores (21, 22), o circuito de leitura (34), o microcontrolador (35) e o display (25) apenas por tempo suficiente para que a leitura seja efetuada pelo usuário, desligando automaticamente esses mesmos elementos após poucos segundos. O acumulador (33) é dimensionado de forma que sua energia seja suficiente para um grande número de leituras, por tempo suficiente para que seja trazida, através de cabos, a alimentação auxiliar até o monitor de nível (24A).
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12/12 [036] Existem aplicações, entretanto, em que o monitor de nível está instalado fora do alcance do usuário postado ao nível do solo, como mostram as Figuras 1 e 2, nas quais o monitor de nível (24B, 24C) está próximo ao tanque de expansão (4) ou integrado ao relé de gás (32). Como mostra a figura 4, para estas aplicações o botão de acionamento (36A) pode ser instalado separado do monitor de nível (24A), de forma que possa ser alcançado pelo usuário ao nível do solo.
[037] Alternativamente, o monitor de nível (24A) pode ser equipado com provisão para acionamento à distância e sem contato, que consiste em um fotodetector (38) instalado apontando em direção ao solo, de forma que ao ser excitado por um feixe de luz enviado pelo usuário, através de uma lanterna de mão, por exemplo, envia um sinal elétrico ao circuito temporizador (37), que a partir daí opera de forma idêntica ao acionamento pelo botão (36). Para se evitarem acionamentos indevidos, um filtro de luz (39) é instalado em frente ao fotodetector (38), de forma a permitir que o fotodetector (38) seja atingido apenas por luz de um comprimento de onda pré-determinado, como infravermelho, por exemplo, bloqueando a passagem de outros comprimentos de onda.
[038] Outros sistemas de acionamento à distância e sem contato podem ser empregados em substituição ao fotodetector (38), como, por exemplo, sons audíveis ou inaudíveis, ondas de rádio-freqüência, feixes de laser, luz visível ou invisível ou outros, que operarão de forma similar, permitindo o envio de uma solicitação do usuário à distância.
Claims (21)
- REIVINDICAÇÕES1) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES”, caracterizado por um monitor de nível de óleo (24A, 24B) ao qual se conectam um sensor de pressão (21), instalado em uma abertura de acesso (20) na parte inferior do tanque de expansão (4) para medir a pressão da coluna de óleo (6) interna, e um sensor de temperatura (22), disposto de forma a medir a temperatura do óleo (6) no interior do tanque (4); o monitor de nível (24A, 24B) calcula a altura da coluna de óleo, que corresponde ao nível do óleo, a partir da pressão do óleo e levando em consideração a mudança de densidade do óleo com a temperatura, obtendo com exatidão e indicando no display (25) o nível do óleo (6).
- 2) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES”, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por monitor de nível (24A, 24B) apresentar a informação do nível de óleo em display (25), tanto em forma numérica quanto em forma de gráfico de barras, de forma a permitir a fácil visualização à distância.
- 3) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES”, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a instalação do sensor de pressão (21) e do sensor de temperatura (22) poder ser efetuada no interior do relé de gás (32), em contato com o óleo (6), permitindo a integração, em um mesmo sistema, das funções do monitor de nível de óleo (24C) e do relé de gás (32).
- 4) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTAPetição 870190066642, de 15/07/2019, pág. 21/312/7TENSÃO E CONGÊNERES”, de acordo com as reivindicações 1 e 3 caracterizado por permitir optar por utilizar o monitor de nível (24A) no interior do painel de controle (19) do transformador, ou optar por utilizar o monitor de nível (24B) no próprio tanque de expansão (4), adjacente aos sensores de pressão (21) e temperatura (22), formando com estes uma unidade mecânica, ou optar por utilizar o monitor de nível (24C) integrado ao relé de gás (32).
- 5) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES”, de acordo com as reivindicações 1 e 4 caracterizado por monitor de nível de óleo (24A, 24B) possuir entradas para conexão de diversos sensores de temperatura (27A, 27B, 27C) distribuídos ao longo da altura do tanque (1) do transformador e com essas medições de temperatura calcular a distribuição de temperaturas ao longo de todo o tanque (1) do transformador por interpolação e/ou extrapolação; com a distribuição de temperaturas ao longo do tanque (1), o monitor de nível (24A, 24B) efetua o cálculo da dilatação ou contração do óleo (6) ao longo do tanque (1), obtendo como resultado o nível de óleo esperado no tanque de expansão (4).
- 6) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES”, de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por a partir do nível de óleo esperado, o monitor de nível de óleo (24A, 24B) calcular o Erro de Nível pela diferença entre o nível de óleo real e o nível de óleo esperado.
- 7) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 5 e 6 caracterizado por monitor de nível de óleo (24A, 24B) efetuar o cálculo do Erro de Nível Médio através da média móvel do Erro de Nível em uma janela de tempo ajustável pelo usuário.Petição 870190066642, de 15/07/2019, pág. 22/313/7
- 8) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por monitor de nível de óleo (24A, 24B) permitir a instalação de apenas dois sensores de temperatura do óleo em diferentes alturas do tanque (1), calculando então as temperaturas nas alturas intermediárias entre os sensores por interpolação e calculando as temperaturas acima do sensor superior (27A) e abaixo do sensor inferior (27C) por extrapolação.
- 9) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 5 e 8 caracterizado por monitor de nível de óleo (24A, 24B) permitir a instalação de apenas um sensor de temperatura (27A) no topo do óleo do tanque (1) do transformador e calcular a temperatura na parte inferior do tanque (1) a partir da medição de temperatura do sensor disponível (27A), da corrente que circula pelo transformador, medida através de um transformador de corrente (31), e das características dos radiadores (28) do sistema de resfriamento do transformador, obtendo-se assim um sensor de temperatura virtual (27V) na parte inferior do tanque (1); com as informações dos sensores de temperatura real (27A) e virtual (27V) os processos de interpolação matemática já descritos são usados para interpolar e extrapolar as temperaturas ao longo da altura do tanque (1).
- 10) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com a reivindicação 9 caracterizado por monitor de nível de óleo (24A, 24B) poder integrar-se ao monitor de temperatura (29) para utilizar as informações do mesmo sensor de temperatura do óleo (27A) no topo do tanque (1) e do mesmo transformador de corrente (31), permitindo a integração, em umPetição 870190066642, de 15/07/2019, pág. 23/314/7 mesmo sistema de monitoração (30), das funções do monitor de nível de óleo (24A) e do monitor de temperaturas do transformador (29).
- 11) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicação 5 caracterizado por monitor de nível de óleo (24A, 24B) calcular continuamente, a partir da distribuição de temperatura ao longo da altura do tanque (1), o Nível Normatizado, que corresponde ao nível de óleo que ocorreria no tanque de expansão (4) se o óleo se encontrasse a uma temperatura uniforme e igual à temperatura de referência programada pelo usuário.
- 12) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por o monitor de nível de óleo (24A, 24B) efetuar o cálculo do Nível Normatizado Médio através da média móvel do Nível Normatizado em uma janela de tempo ajustável, gerando alarme de nível de óleo baixo se o Nível Normatizado Médio for menor que o limite inferior programado ou alarme de nível de óleo alto se o Nível Normatizado Médio for maior que o limite superior programado.
- 13) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 5, 6, 11 e 12 caracterizado por o monitor de nível de óleo (24A, 24B) efetuar o cálculo das tendências de evolução por unidade de tempo dos parâmetros Erro de Nível, Erro de Nível Médio, Nível Normatizado e Nível Normatizado Médio, e a partir dessas tendências de evolução calcular o número de dias restantes para que cada um desses parâmetros atinja seu próprio limite inferior; o monitor de nível (24A, 24B) permite a programação de um limite inferior, em dias, para os números de dias restantes calculados pelas tendências de evolução, gerando um alarme por tendência dePetição 870190066642, de 15/07/2019, pág. 24/315/7 redução no nível de óleo caso qualquer dos cálculos de dias restantes seja menor ou igual ao limite mínimo.
- 14) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 1, 5, 6, 11, 12 e 13 caracterizado por o monitor de nível de óleo (24A, 24B) permitir selecionar quais contatos elétricos (26) deverão ser acionados quando da ocorrência de alarmes de nível de óleo baixo, nível de óleo alto ou tendência de redução no nível de óleo, sendo essa programação efetuada individualmente para cada um dos alarmes listados.
- 15) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 1, 5, 6, 11, 12 e 13 caracterizado por o monitor de nível de óleo (24A, 24B) permitir ao selecionar quais parâmetros, dentre as opções Nível de Óleo, Erro de Nível, Erro de Nível Médio, Nível Normatizado e Nível Normatizado Médio, assim como as tendências de evolução desses mesmos parâmetros, serão indicados por cada uma das saídas analógicas (26A); pelo monitor de nível de óleo (24A, 24B) permitir programar os valores de início e fim de escala das saídas analógicas (26A), de acordo com o parâmetro sendo indicado pela saída.
- 16) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicação 1 caracterizado por o monitor de nível de óleo (24A, 24B) ser equipado com um dispositivo acumulador de energia (33), que pode ser uma bateria, um supercapacitor ou outro, com carga suficiente para permitir a operação dos sensores de pressão (21) e temperatura (22), assim como dos circuitos de leitura desses sensores (34), do microcontrolador (35) e do display (25), permitindo que a medição e indicação de nível de óleo estejamPetição 870190066642, de 15/07/2019, pág. 25/316/7 disponíveis quando o monitor de nível (24A, 24B) estiver sem tensão de alimentação auxiliar (40).
- 17) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com a reivindicação 16 caracterizado por o monitor de nível (24A) permanecer normalmente desligado e fora de operação para maximizar a duração da energia acumulada no dispositivo acumulador (33), podendo o usuário solicitar uma medição de nível sempre que necessário acionando o botão (36) no monitor de nível (24A); ao acionar-se o botão (36) o mesmo dispara um circuito temporizador (37), que envia alimentação para os sensores (21, 22), o circuito de leitura (34), o microcontrolador (35) e o display (25) apenas por tempo suficiente para que a leitura seja efetuada pelo usuário, desligando automaticamente esses mesmos elementos após poucos segundos; o acumulador (33) é dimensionado de forma que sua energia seja suficiente para um grande número de leituras do monitor de nível (24A).
- 18) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 16 e 17 caracterizado por o botão de acionamento (36A) poder ser instalado separado do monitor de nível (24A), em local em que possa ser alcançado pelo usuário ao nível do solo.
- 19) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 16 e 17 caracterizado por o monitor de nível (24A) possuir um fotodetector (38) que aponta em direção ao solo, de forma que ao ser excitado por um feixe de luz enviado pelo usuário envia um sinal elétrico ao circuito temporizador (37), que a partir daí opera de forma idêntica ao acionamento pelo botão (36), permitindo acionamento à distância e sem contato.Petição 870190066642, de 15/07/2019, pág. 26/317/7
- 20) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 16, 17 e 19 caracterizado por um filtro de luz (39) ser instalado em frente ao fotodetector (38), de forma a permitir que o fotodetector (38) seja atingido apenas por luz de um comprimento de onda pré-determinado e bloqueando a passagem de outros comprimentos de onda, evitando-se acionamentos indevidos do temporizador (37).
- 21) “SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE NÍVEL DE ÓLEO E DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL, BUCHAS DE ALTA TENSÃO E CONGÊNERES” de acordo com as reivindicações 16, 17, 19 e 20 caracterizado por permitir o emprego de outros sistemas de acionamento à distância e sem contato em substituição ao fotodetector (38), incluindo sons audíveis ou inaudíveis, ondas de rádio-freqüência, feixes de laser, luz visível ou invisível, dentre outros, que operarão de forma similar, permitindo o envio de uma solicitação do usuário à distância.
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