BR112014009396B1 - Estrutura de sensor para o monitoramento online de níveis de furanos no óleo de um tanque de transformador e método para o monitoramento online de níveis de furanos no óleo de um tanque de transformador - Google Patents
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Abstract
estrutura de sensor para o monitoramento online de furanos em transformadores de energia. a presente invenção refere-se à estrutura de sensor (16) para o monitoramento online de níveis de furanos no óleo de um tanque de transformador. a estrutura de sensor inclui uma fonte de luz uv (26), um filtro (30) que permitem que apenas a luz uv de uma determinada faixa de comprimento de onda passe, a janela (32) permitindo que a luz filtrada de uv passe por ela e um detector de luz uv (36) para receber a luz uv que passa através da janela. quando a estrutura de sensor estiver montada no tanque de transformador que fica online para que a janela seja exposta ao óleo e os furanos no óleo estiverem sendo monitorados, os furanos irão absorver a luz uv, criando assim uma diferença na luz uv recebida pelo detector de luz quando comparada à luz uv recebida pelo detector de luz quando o óleo monitorado não tiver nenhum furano. o sinal de saída do detector de luz é substancialmente proporcional ao total de furanos no óleo monitorado.
Description
[001] A presente invenção refere-se a transformadores de energia e mais particularmente, a uma estrutura online de sensor para o monitoramento online do nível de Furanos no óleo do transformador.
[002] No mundo inteiro, as empresas prestadoras de serviços de públicos geram bancos de dados de Furanos, um grupo de compostos químicos encontrados dissolvidos no óleo do transformador que origina- se apenas da degradação de celulose. A maioria dos especialistas em transformador precisam das informações referentes aos níveis de Furanos no óleo antes de tomar a decisão em relação à falha, fim da vida útil de um transformador, etc. Esses compostos foram descobertos no início de 1980 e desde então têm provocado um enorme interesse em CIGRE, IEEE e na maioria das empresas prestadoras de serviços de públicos em todo o planeta.
[003] Os Furanos são normalmente detectados depois de uma amostra de óleo offline ter sido coletada do transformador e enviada para um laboratório químico para processamento em um dispositivo chamado de cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC). A amostra de óleo é tipicamente coletada quando amostras também são coletadas para gás na análise de óleo ou para os testes padrão de óleo.
[004] Desse modo, existe a necessidade de prover um sensoronline para o monitoramento de Furanos em um transformador.
[005] Um objetivo da presente invenção é suprir a necessidade referida acima. De acordo com os princípios da presente invenção, esse objetivo é alcançado através da provisão da estrutura de sensor para o monitoramento online de níveis de Furanos no óleo de um tanque de transformador. A estrutura de sensor inclui uma fonte de luz ultravioleta (UV), um filtro que permite apenas luz UV com uma determinada faixa de comprimento de onda para passar o filtro, uma janela transparente construída e disposta para que a luz filtrada de UV passe pela mesma e um detector de luz UV construído e disposto para receber a luz UV que passa através da janela. Quando a estrutura de sensor estiver montada em relação a um tanque de transformador que fica online para que a janela seja exposta ao óleo e os Furanos no óleo estiverem sendo monitorados, os Furanos irão absorver a luz UV, criando desse modo uma diferença na luz UV recebida pelo detector de luz quando comparada à luz UV recebida pelo detector de luz quando o óleo monitorado não tiver nenhum Furano. O detector de luz é construído e disposto para prover um sinal de saída que é substancialmente proporcional ao total de Furanos no óleo monitorado.
[006] De acordo com outro aspecto da invenção, um método é fornecido para o monitoramento online de níveis de Furanos no óleo de um tanque de transformador. O método provê uma fonte de luz UV. A luz UV é filtrada em uma determinada faixa de comprimento de onda. Uma janela transparente é exposta ao óleo do tanque de transformador. A luz filtrada de UV é passada através da janela enquanto o transformador está online. A luz UV que passa através da janela é recebida por um detector de luz com um sinal de saída do detector de luz sendo substancialmente proporcional ao total de Furanos no óleo sendo monitorado.
[007] Outros objetivos, aspectos e características da presente invenção, bem como os métodos de operação e as funções dos elementos relacionados da estrutura, a combinação de partes e economia na fabricação se tornarão mais aparentes durante a consideração da seguinte descrição detalhada e das reivindicações em anexo com referência aos desenhos, os quais formam uma parte deste relatório descritivo.
[008] A presente invenção será compreendida melhor a partir da seguinte descrição detalhada das modalidades preferidas da mesma, considera em conjunção com os desenhos em anexo, onde números semelhantes indicam partes semelhantes, nos quais:
[009] A Figura 1 é uma vista esquemática de um transformador que possui uma estrutura de sensor de Furano acoplada ao mesmo, de acordo com a presente invenção.
[0010] A Figura 2 é uma vista ampliada da estrutura de sensor da Figura 1.
[0011] A Figura 3 é uma vista ampliada da estrutura de sensor fornecida de acordo com outra modalidade.
[0012] Com referência à Figura 1, um transformador, geralmente indicado como 10, inclui um tanque de transformador 12 que é cheio com óleo isolante para isolar os seus componentes, tal como um potenciômetro (não mostrado). Uma entrada 14 de uma estrutura de sensor de furano, geralmente indicada como 16, é acoplada à válvula de drenagem 18 do tanque 12 através de um duto de óleo 17. Uma saída 19 da estrutura de sensor 16 se comunica com um orifício de enchimento 20 em cima do tanque 12 através de um segundo duto de óleo 22. Nota-se que na Figura 1, apenas as porções do segundo duto de óleo 22 são mostradas. Desse modo, óleo do transformador do tanque 12 sai da válvula de drenagem, passa pela estrutura de sensor 16 e em seguida é direcionado de volta para o tanque através do orifício 20.
[0013] Com referência à Figura 2, a estrutura não invasiva de sensor 16 inclui um único alojamento de sensor 24 que contém uma fonte de luz ultravioleta (UV) 26, uma lente colimadora 28, um filtro de banda baixa (por exemplo, 225-330 nm) 30, uma janela óptica transparente (por exemplo, vidro) 32 que permita a passagem da luz UV e que esteja disposta entre a entrada 14 e a saída 19, uma lente condensadora 34 e um fotodiodo ou detector de luz UV 36. Um amplificador operacional (OPAMP) 38 amplifica a saída do detector de luz 36. A saída do OPAMP 38 é um sinal elétrico substancialmente proporcional ao total de Furanos, principalmente do elemento mais comum 2FAL = 2 Furfuraldeído. É necessário calibrar essa saída de acordo com as quantidades atuais de Furano no óleo, visto que a saída pode variar conforme a trajetória óptica, eletrônica, etc. A saída do OPAMP 38 é exibida em uma tela 40. A tela 40 pode ser análoga ou digital ou até mesmo um sinal audível pode indicar uma condição de alarme. Um suprimento universal de energia 42, de maneira preferida disposto dentro do alojamento 24, provê energia para a estrutura de sensor 16. O OPAMP 38, a tela 40 e o suprimento de energia 42 também são preferivelmente dispostos no alojamento 24.
[0014] De acordo com a modalidade da Figura 2, de modo a monitorar o nível de Furanos no óleo no tanque 12, o óleo 44 do tanque 12 passa pela válvula de drenagem 18 através da entrada 14 da estrutura de sensor 16 e para além da janela de vidro 32. A fonte de luz UV emite a luz UV 33 que passa através da lente 28, do filtro 30 e da janela de vidro 32. Os Furanos são fortes absorvedores de luz UV-VIS, particularmente na faixa de 225-330 nm. Se os Furanos estiverem dentro do óleo, eles irão absorver a luz UV, criando desse modo uma diferença na luz UV recebida pelo detector de luz 36 quando comparada à luz UV recebida pelo detector de luz 36 quando o óleo não tiver nenhum Furano. Conforme observado acima, a saída do OPAMP 38 é substancialmente proporcional ao total de Furanos no óleo que está sendo monitorado e a saída do OPAMP 38 é exibida em uma tela digital 40. O óleo 44 passa então pela saída 19 e é devolvido para o tanque através do orifício 20.
[0015] Com referência à Figura 3, uma segunda modalidade da estrutura de sensor de furano é mostrada, geralmente indicada como 16'. A estrutura de sensor 16' é do tipo invasivo com um cabeçote de sensor 45 disposto dentro do tanque 12 e com o alojamento 24' estando disposto fora do tanque 12. O alojamento 24' contém a fonte de luz ultravioleta (UV) 26, uma lente colimadora 46, uma lente condensadora 48, um conector de fibra óptica 49 acoplado a um primeiro cabo de fibra óptica 50. A outra extremidade do cabo 50 tem um conector de fibra óptica 52 dentro do tanque 12 para que a luz UV possa ser transmitida para a janela 32 localizada dentro do tanque 12. O cabeçote de sensor 46 também inclui as lentes colimadoras 28, o filtro de banda baixa (225330 nm) 30, a janela 32 e a lente condensadora 34. Outro conector de fibra óptica 54 está acoplado a um segundo cabo de fibra óptica 56. A outra extremidade do cabo 56 inclui um conector de fibra óptica 57 para que a luz UV que está passando pela janela 32 possa ser transmitida de volta para o alojamento 24' a ser recebido pelo detector de luz 36. Uma lente colimadora 58 e uma lente condensadora 60 são fornecidas na parte frontal do detector de luz UV 36 dentro do alojamento 24'.
[0016] O amplificador operacional (OPAMP) 38 amplifica a saída do detector de luz 36. Assim como na modalidade da Figura 2, a saída do OPAMP 38 da Figura 3 é um sinal elétrico substancialmente proporcional ao total Furanos, principalmente do elemento mais comum 2FAL = 2 Furfuraldeído. A saída do OPAMP 38 é exibida em uma tela digital 40. A tela 40 ou um sinal audível pode indicar uma condição de alarme. Um suprimento universal de energia 42, de maneira preferida, disposto dentro do alojamento 24, provê energia para a estrutura de sensor 16. Em uma das modalidades, a fonte de luz UV 26 pode ser um diodo emissor de luz ou um laser.
[0017] O cabeçote de sensor 45 pode ser incorporado a um tubo ou sonda que pode ser inserida de um modo vedado na válvula de drenagem que se abre no tanque 12 ou qualquer outro tubo de processo do tanque 12, para ficar exposto ao óleo do transformador no tanque 12.
[0018] De acordo com a modalidade da Figura 3, para monitorar o nível de Furanos no óleo no tanque 12, o óleo 44 no tanque 12 circunda a janela óptica (por exemplo, de vidro) 32. A fonte de luz UV 26 emite a luz UV que passa através do cabo de fibra óptica 50, através da lente 28, do filtro 30 e da janela de vidro 32. O cabo de fibra óptica 56 recebe a luz UV no conector 54, com o fotodetector 26 recebendo a luz UV dentro do alojamento 24'. Como na primeira modalidade da Figura 2, se os Furanos estão dentro do óleo, os Furanos irão absorver a luz UV, criando desse modo uma diferença na luz UV recebida pela fotoluz 36 quando comparada à luz UV recebida pelo detector de luz 36 quando o óleo não tiver nenhum Furano. O nível de Furanos pode ser exibido na tela 40 da Figura 3.
[0019] Os furanos, embora muito importantes para avaliar o envelhecimento do papel Kraft nos transformadores de energia, são difíceis de correlacionar quantitativamente com o envelhecimento atual do isolamento sólido. Vários estudos foram conduzidos em inúmeras partes do mundo tentando encontrar uma correlação boa e universal entre os Furanos e o status atual do isolamento sólido. No entanto, tal correlação ainda não foi obtida. Os pesquisadores e especialistas em transformadores concordam, no entanto que a mudança no nível de Furanos pode gerar informações melhores do que o nível em si. As mudanças significativas no nível de Furanos podem ser relacionadas ao envelhecimento acelerado do transformador ou início de alguma condição defeituosa, particularmente devido aos aspectos térmicos, mas também devido aos aspectos químicos no isolamento, como a partir de 02, ácidos e umidade. Desse modo, o uso da estrutura de sensor 16, 16' para monitorar a mudança online no nível de Furano pode fornecer aos usuários de transformador uma melhor percepção sobre o que está ocorrendo no momento com o isolamento.
[0020] As modalidades preferidas mencionadas anteriormente foram mostradas e descritas com o propósito de ilustrar os princípios estruturais e funcionais da presente invenção, bem como de ilustrar os métodos de emprego das modalidades preferidas, e as mesmas estão sujeitas a mudanças sem que se fuja de tais princípios. Portanto, a presente invenção inclui todas as modificações englobadas dentro do espírito das reivindicações a seguir.
Claims (20)
1. Estrutura de sensor para o monitoramento online de níveis de Furanos no óleo de um tanque de transformador (12), a estrutura de sensor (16,16’) caracterizada pelo fato de compreender: uma fonte de luz ultravioleta (UV), um filtro (30) que permite que apenas a luz UV de uma determinada faixa de comprimento de onda passe pelo filtro (30), uma janela transparente (32) construída e disposta para que a luz filtrada de UV passe pela mesma, e um detector de luz UV (36) construído e disposto para receber a luz UV que passa através da janela (32), e um tanque de transformador compreendendo óleo, em que a estrutura de sensor (16,16’) é montada em relação a um tanque de transformador (12) que fica online para que a janela (32) seja exposta ao óleo do tanque que flui através da janela (32) e quando os Furanos no óleo estiverem sendo monitorados, os Furanos irão absorver a luz UV, criando desse modo uma diferença na luz UV recebida pelo detector de luz (36) quando comparada à luz UV recebida pelo detector de luz (36) quando o óleo monitorado não tiver nenhum Furano, e na qual o detector de luz (36) é construído e disposto para prover um sinal de saída que é substancialmente proporcional ao total de Furanos no óleo monitorado.
2. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o filtro (30) é construído e disposto para filtrar a luz UV em uma faixa de 225 a 330 nm.
3. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de luz (26) é um laser.
4. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de luz (26) é um diodo emissor de luz.
5. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sinal de saída é proporcional a 2 Furfuraldeído e ao total de Furanos.
6. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que que ainda compreende uma lente colimadora (28) entre a fonte de luz (26) e o filtro (30), e uma lente condensadora (34) entre o filtro (30) e o detector de luz (36).
7. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de ainda compreender um amplificador (38) construído e disposto para amplificar o sinal de saída do detector de luz (36).
8. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de ainda compreender um suprimento de energia (42) para energizar a estrutura de sensor (16,16’) e uma tela digital (40) para exibir o nível de Furanos monitorados.
9. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o suprimento de energia (42), o amplificador (38), a tela (40), o detector de luz (36), as lentes (28,34), o filtro (30), a janela (32) e a fonte de luz (26) estão todos dispostos em um único alojamento (34).
10. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o tanque (12) compreende uma válvula de drenagem (18), o alojamento (24) compreende uma entrada (14) e uma saída (19) com a janela (32) disposta entre a entrada (14) e a saída (19), a entrada (14) estando acoplada à válvula de drenagem (18) para receber óleo a partir do tanque (12) que passa pela janela (32), a saída (19) estando acoplada ao tanque (12) para devolver óleo para o tanque (12).
11. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o filtro (30) e a janela (32) fazem parte de um cabeçote de sensor (45), o cabeçote de sensor (45) compreendendo ainda uma lente colimadora (28) entre a fonte de luz (26) e o filtro (30) e uma lente condensadora (34) entre o filtro (30) e o detector de luz (36), o cabeçote de sensor (45) sendo disposto dentro do tanque (12) com a fonte de luz (26) e o detector de luz (36) dispostos fora do tanque (12).
12. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um primeiro cabo de fibra óptica (50) se estendendo entre as lentes colimadoras (28) e a fonte de luz (26) e um segundo cabo de fibra óptica (56) se estendendo entre a lente condensadora (34) e o detector de luz (36).
13. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma lente colimadora (28) e uma lente condensadora (34) entre a fonte de luz (26) e o primeiro cabo de fibra óptica (50), e uma lente colimadora (28) e uma lente condensadora (34) entre o segundo cabo de fibra óptica (56) e o detector de luz (36).
14. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um amplificador (38) construído e disposto para amplificar o sinal de saída do detector de luz (36).
15. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um suprimento de energia (42) para energizar a estrutura de sensor e uma tela digital (40) para exibir o nível de Furanos monitorados.
16. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o suprimento de energia (42), o amplificador (38), a tela (40), o detector de luz (36) e a fonte de luz (26) estão todos dispostos em um único alojamento (24’) separado do cabeçote de sensor (45).
17. Estrutura de sensor de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que em combinação com o tanque de transformador com o cabeçote de sensor (45) sendo disposto dentro do tanque (12) para que a janela (32) seja exposta ao óleo e o único alojamento (24’) seja disposto fora do tanque (12), com o primeiro cabo de fibra óptica (50) transmitindo a luz UV para a janela (32) e o segundo cabo de fibra óptica (56) transmitindo a luz UV, a qual passa através da janela (32), para o detector de luz (36).
18. Método para o monitoramento online de níveis de Furanos no óleo de um tanque de transformador, o método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: prover um tanque de transformador contendo óleo, prover uma fonte de luz UV (26), filtrar a luz UV em uma determinada faixa de comprimento de onda, prover uma janela transparente (32) que está exposta ao óleo do tanque de transformador, passar a luz filtrada de UV através da janela (32) enquanto o transformador estiver online e enquanto o óleo flui através da janela (32), e receber a luz UV que passa através da janela em um detector de luz (36), com um sinal de saída do detector de luz (36) sendo substancialmente proporcional ao total de Furanos no óleo sendo monitorado.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de filtragem inclui filtrar a luz UV em uma faixa de 225 a 330 nm.
20. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sinal de saída é proporcional a 2 Furfuraldeído e ao total de Furanos.
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