BR202016024652U2 - PROVISION INTRODUCED ON THE APARTMENT OF INTERNAL Ducts TO A TRANSFORMER FOR MONITORING - Google Patents

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Antonio Hortencio Claudio
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Peres Rodrigo
Henrique Sberze Ribas Gustavo
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Abstract

disposição introduzida em aparato de dutos internos a um transformador para monitoramento novo aparato de dutos internos a um transformador elétrico de potência para monitoramento, utilizado em sistemas elétricos em geral, o qual permite, por exemplo, a instalação de sensores ópticos e de outros tipos que têm a finalidade de monitorar o funcionamento e o estado do transformador, evitando a ocorrência de falhas.arrangement introduced in internal duct apparatus to a monitoring transformer new internal duct apparatus to an electrical monitoring power transformer used in general electrical systems, which allows, for example, the installation of optical sensors and other types They are intended to monitor the operation and status of the transformer to prevent failures.

Description

(54) Título: DISPOSIÇÃO INTRODUZIDA EM APARATO DE DUTOS INTERNOS A UM TRANSFORMADOR PARA MONITORAMENTO (51) Int. Cl.: H01F 27/28; H01F 38/00; G01R 15/24 (73) Titular(es): FUNDACAO CPQD - CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM TELECOMUNICACOES (72) Inventor(es): BRUNO NOGUEIRA AIRES; CLÁUDIO ANTONIO HORTENCIO; JOÃO GUILHERME DIAS DE AGUIAR; RODRIGO PERES; GUSTAVO HENRIQUE SBERZE RIBAS; EDUARDO FERREIRA DA COSTA (57) Resumo: DISPOSIÇÃO INTRODUZIDA EM APARATO DE DUTOS INTERNOS A UM TRANSFORMADOR PARA MONITORAMENTO Novo aparato de dutos internos a um transformador elétrico de potência para monitoramento, utilizado em sistemas elétricos em geral, o qual permite, por exemplo, a instalação de sensores ópticos e de outros tipos que têm a finalidade de monitorar o funcionamento e o estado do transformador, evitando a ocorrência de falhas.(54) Title: PROVISION INTRODUCED IN APPARATUS OF INTERNAL DUCTS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING (51) Int. Cl .: H01F 27/28; H01F 38/00; G01R 15/24 (73) Holder (s): FOUNDATION CPQD - TELECOMMUNICATIONS RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER (72) Inventor (s): BRUNO NOGUEIRA AIRES; CLÁUDIO ANTONIO HORTENCIO; JOÃO GUILHERME DIAS DE AGUIAR; RODRIGO PERES; GUSTAVO HENRIQUE SBERZE RIBAS; EDUARDO FERREIRA DA COSTA (57) Abstract: ARRANGEMENT INTRODUCED IN AN INTERNAL DUCT APPARATUS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING New apparatus of internal ducts to an electric power transformer for monitoring, used in electrical systems in general, which allows, for example, the installation of optical sensors and other types that have the purpose of monitoring the operation and status of the transformer, preventing the occurrence of failures.

Figure BR202016024652U2_D0001
Figure BR202016024652U2_D0002

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DISPOSIÇÃO INTRODUZIDA EM APARATO DE DUTOS INTERNOS A UM TRANSFORMADOR PARA MONITORAMENTO [001]Trata o presente relatório da descrição detalhada e ilustrada com figuras de um novo aparato de dutos interno a um transformador elétrico de potência para monitoramento, utilizado em sistemas elétricos em geral, o qual permite, por exemplo, a instalação de sensores ópticos ou de outros tipos que têm a finalidade de monitorar o funcionamento e o estado do transformador evitando a ocorrência de falhas.PROVISION INTRODUCED IN INTERNAL DUCT APPARATUS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING [001] This report deals with a detailed and illustrated description with figures of a new apparatus for internal ducts to an electrical power transformer for monitoring, used in electrical systems in general, the which allows, for example, the installation of optical sensors or other types that have the purpose of monitoring the operation and status of the transformer avoiding the occurrence of failures.

Campo da invenção [002]O Aparato de dutos internos a um transformador para monitoramento, objeto da presente invenção, propõe a introdução de um aparato composto por uma infraestrutura de dutos internos a um transformador elétrico de potência para viabilizar o acesso a pontos internos de interesse do transformador para, por exemplo, a instalação de sensores ópticos para a medição e sensoriamento de multiparâmetros do transformador, e/ou a instalação de sensores de outros tipos para diversas outras funções. Com este aparato o transformador é equipado com uma infraestrutura de dutos que são terminados mecanicamente em adaptadores, tipo flange de conexão, dispostos na carcaça do transformador para conduzir os sensores até as áreas de interesse de monitoramento dentro do transformador. Os dutos componentes do aparato protegem mecanicamente os sensores e garantem as mesmas condições dielétricas do ambiente interno do transformador.Field of the invention [002] The apparatus of internal ducts to a transformer for monitoring, object of the present invention, proposes the introduction of an apparatus composed of an infrastructure of internal ducts to an electric power transformer to enable access to internal points of interest of the transformer for, for example, the installation of optical sensors for the measurement and sensing of multiparameter of the transformer, and / or the installation of sensors of other types for various other functions. With this apparatus, the transformer is equipped with an infrastructure of ducts that are mechanically terminated in adapters, type of connection flange, arranged in the transformer housing to guide the sensors to the areas of interest for monitoring inside the transformer. The component ducts of the apparatus mechanically protect the sensors and guarantee the same dielectric conditions of the internal environment of the transformer.

Objetivo da invenção [003]O Aparato de dutos internos a um transformador para instalação de sensores ópticos, objeto da presente invenção, tem por objetivo, prover o transformador elétrico de potência com um aparato composto por uma infraestrutura de dutos internos com flanges padronizados para viabilizar a instalação de sensores para a medição e sensoriamento de multiparâmetros do transformador. De tal forma que, os dutos encaminhem as sondas sensoras,Objective of the invention [003] The apparatus of internal ducts to a transformer for the installation of optical sensors, the object of the present invention, aims to provide the electric power transformer with an apparatus composed of an infrastructure of internal ducts with standardized flanges to enable the installation of sensors for measuring and sensing the transformer's multiparameters. In such a way that the ducts forward the sensor probes,

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2/14 que portam os sensores, até aos pontos de interesse de medição no interior do transformador, garantindo a integridade física dos sensores ao longo da sua vida útil, permitindo instalar e remover os sensores do transformador a qualquer tempo seja na instalação de sistemas de monitoramento ou durante a sua operação e manutenção, ainda permitindo instalar e remover os sensores com o transformador em operação, assim como, a instalação de sondas sensoras com várias tecnologias de sensores,como por exemplo, os ópticos e a instalação de sondas sensoras para medição de vários parâmetros com qualquer outro tipo de sensor que se faça necessário, podendo ser estas de diferentes fabricantes.2/14 that carry the sensors, to the measurement points of interest inside the transformer, guaranteeing the physical integrity of the sensors throughout their useful life, allowing to install and remove the sensors from the transformer at any time, either when installing monitoring or during its operation and maintenance, still allowing the installation and removal of sensors with the transformer in operation, as well as the installation of sensor probes with various sensor technologies, such as optics and the installation of sensor probes for measurement of various parameters with any other type of sensor that may be needed, which may be from different manufacturers.

Problema a ser resolvido [004]Os transformadores de potência são ativos muito importantes e estratégicos para o setor elétrico devido aos investimentos substanciais e a sua importância técnica e funcional para os sistemas elétricos, sendo um dos principais elementos que podem afetar a confiabilidade do sistema elétrico como um todo, e que em muitos casos a ocorrência de falhas que pode ser catastrófica. Monitorar as condições operativas do transformador pode ser muito importante para garantir a integridade estrutural do sistema com uma vida útil maior e mais confiável.Problem to be solved [004] Power transformers are very important and strategic assets for the electrical sector due to substantial investments and their technical and functional importance for electrical systems, being one of the main elements that can affect the reliability of the electrical system as a whole, and that in many cases the occurrence of failures that can be catastrophic. Monitoring the operating conditions of the transformer can be very important to ensure the structural integrity of the system with a longer and more reliable service life.

[005]Várias técnicas são utilizadas para monitorar o estado do transformador, tais como: avaliação do estado por análise térmica, avaliação do estado por meio de análise de vibração, avaliação do estado por meio de análise de descargas parciais, avaliação do estado pela análise de gases dissolvidos (DGA) e a avaliação do estado por meio de análise de resposta de frequência, entre outras.[005] Various techniques are used to monitor the state of the transformer, such as: evaluation of the state by thermal analysis, evaluation of the state by means of vibration analysis, evaluation of the state by means of partial discharge analysis, evaluation of the state by analysis of dissolved gases (DGA) and state assessment through frequency response analysis, among others.

[006]O estresse térmico é um dos principais motivos que causam falhas, uma vez que é responsável pelo deterioramento dos isolamentos e componentes elétricos. A vida útil dos transformadores de energia corresponde às condições do isolamento elétrico dos materiais, com isso, a vida útil dos transformadores é afetada fortemente pelas temperaturas do enrolamento.[006] Thermal stress is one of the main reasons that cause failures, since it is responsible for the deterioration of insulations and electrical components. The service life of the power transformers corresponds to the conditions of the electrical insulation of the materials, thus, the service life of the transformers is strongly affected by the winding temperatures.

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3/14 [007]O método tradicional para medição da temperatura do enrolamento de um transformador é medir a temperatura no topo do óleo do transformador e estimar a temperatura nos pontos quentes na parte interna. Utilizando a tecnologia de sensores convencionais é possível medir a temperatura, na parte interna, do transformador apenas no topo, devido às limitações dielétricas dos sensores, dentre outras limitações. A partir da medição da temperatura, interna e externa, a temperatura do enrolamento do transformador e a localização dos pontos quentes são obtidas através da utilização de modelamentos matemáticos. Uma forma não invasiva para verificação da temperatura externa da superfície do transformador é a termografia, que é a técnica utilizada para localizar pontos quentes nas ligações elétricas e identificação de pontos quentes.3/14 [007] The traditional method for measuring the temperature of the winding of a transformer is to measure the temperature at the top of the transformer oil and estimate the temperature at the hot spots inside. Using conventional sensor technology, it is possible to measure the temperature inside the transformer only at the top, due to the dielectric limitations of the sensors, among other limitations. From the temperature measurement, internal and external, the temperature of the transformer winding and the location of the hot spots are obtained through the use of mathematical models. A non-invasive way to check the external temperature of the transformer's surface is thermography, which is the technique used to locate hot spots in electrical connections and identify hot spots.

[008]Tendo em vista as características intrínsecas dos sensores ópticos, tais como: a imunidade à interferência eletromagnética (EMI), o tamanho reduzido, a alta sensibilidade, a grande largura de banda, dentre outras, a utilização de sensores e fibras ópticas tem sido foco de pesquisas de laboratório para aplicação na medição de vários parâmetros de interesse para o monitoramento em geral, inclusive em transformadores de energia.[008] In view of the intrinsic characteristics of optical sensors, such as: immunity to electromagnetic interference (EMI), small size, high sensitivity, large bandwidth, among others, the use of sensors and optical fibers has been the focus of laboratory research for application in the measurement of various parameters of interest for monitoring in general, including in power transformers.

[009]Com a tecnologia de sensores e as fibras ópticas é possível monitorar a temperatura de duas diferentes maneiras. Uma delas é a medição de temperatura distribuída ao longo de todo o comprimento de uma fibra óptica (DTS - DistributedTemperature System) enrolada ao longo do enrolamento do transformador durante a construção do mesmo. Outra possibilidade é a medição Quasi-distribuída utilizando uma rede de sensores FBG (Fiber Bragg Grating), ou m sensor pontual utilizando o sensor FBG de forma discreta. Outra possibilidade para medição pontual da temperatura é a utilização dos sensores ópticos interferométricos.[009] With sensor technology and optical fibers it is possible to monitor the temperature in two different ways. One of them is the measurement of temperature distributed over the entire length of an optical fiber (DTS - Distributed Temperature System) wound along the winding of the transformer during its construction. Another possibility is Quasi-distributed measurement using a network of FBG (Fiber Bragg Grating) sensors, or a point sensor using the FBG sensor discreetly. Another possibility for spot temperature measurement is the use of optical interferometric sensors.

[010]Atualmente os sistemas de monitoramento de transformadores são majoritariamente baseados na medição de parâmetros coletados externamente aos mesmos, ou não diretamente no ponto de interesse. As soluções[010] Currently, transformer monitoring systems are mainly based on the measurement of parameters collected externally to them, or not directly at the point of interest. The solutions

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4/14 comerciais para medição direta do parâmetro de interesse no interior do transformador, normalmente são oferecidas pelo fabricante do transformador, seus custos são muito elevados e apresentam uma grande dificuldade para manutenção dos sensores, no caso de falhas.4/14 commercial for direct measurement of the parameter of interest inside the transformer, are usually offered by the transformer manufacturer, their costs are very high and present a great difficulty for maintenance of the sensors, in case of failures.

[011]A utilização de sensores ópticos para o monitoramento de transformadores já foi extensivamente estudada, inclusive nas universidades e centros de pesquisa no Brasil e no mundo, tendo apresentado resultados muito relevantes, entretanto, não foram desenvolvidas soluções adequadas para garantir a manutenção da integridade estrutural da fibra óptica em função das tensões mecânicas em que a fibra estará sujeita durante a vida útil do sistema no interior do transformador. Outro aspecto importante a considerar, é que a substituição dos sensores ópticos instalados no interior do transformador é praticamente impossível de ser realizada em campo.[011] The use of optical sensors to monitor transformers has already been extensively studied, including in universities and research centers in Brazil and in the world, having presented very relevant results, however, adequate solutions have not been developed to ensure the maintenance of integrity structure of the optical fiber as a function of the mechanical stresses to which the fiber will be subjected during the life of the system inside the transformer. Another important aspect to consider is that the replacement of the optical sensors installed inside the transformer is practically impossible to be carried out in the field.

[012]Esta invenção propõe uma solução que supera essas deficiências, pois cria caminhos seguros para o acesso ao interior do transformador a fim de permitir seu sensoriamento. No aparato proposto podem ser instalados e operar diversos tipos de sensores para medição de vários parâmetros, por exemplo, a medição de temperatura em pontos críticos internos, em tempo real.[012] This invention proposes a solution that overcomes these deficiencies, as it creates safe paths for access to the interior of the transformer in order to allow its sensing. In the proposed apparatus, several types of sensors can be installed and operated to measure various parameters, for example, the measurement of temperature at critical internal points, in real time.

Estado da Técnica [013]Existem alguns documentos de patente, nacionais e internacionais, que descrevem disposições e configurações dispostas em transformadores para sensoriamentos dos mesmos, contudo nenhuma dessas deposições possui configuração e o funcionamento do aparato descrito nesta patente. Dentre esses documentos podem-se destacar os seguintes:State of the Art [013] There are some patent documents, national and international, that describe provisions and configurations arranged in transformers for their sensing, however none of these depositions has configuration and the functioning of the apparatus described in this patent. Among these documents, the following can be highlighted:

[014]O documento de patente, PI0205845-6, TRANSFORMADOR DE CORRENTE ELÉTRICA INDUTIVO/OPTOELETRÔNICO, onde refere-se a presente invenção, a um transformador de corrente elétrica indutivo/optoeletrônico baseado em tecnologia híbrida com o uso de uma bobina de indução eletromagnética com uma fonte óptica conectada a si. Os[014] The patent document, PI0205845-6, INDUCTIVE / OPTOELETRONIC ELECTRICAL CURRENT TRANSFORMER, where the present invention refers, to an inductive / optoelectronic electric current transformer based on hybrid technology using an electromagnetic induction coil with an optical source connected to you. The

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5/14 sinais de luz são codificados pelo acionamento (modulação) direto do mensurando sobre a referida fonte óptica. Os sinais ópticos assim produzidos são transmitidos livremente e/ou por fibra óptica para o potencial de terra. O sensor possui grande confiabilidade, sensibilidade, faixa dinâmica adequada, é imune à interferência eletromagnética, compacto, de baixo peso, pode ser estendido para sensoriamento multiponto, não necessita de energização in-situ e é ligado ao potencial de terra mantendo-se a isolação elétrica. Permite monitorar em tempo real a medida do valor médio da amplitude e o formato de onda instantâneo da corrente elétrica em linhas de transmissão, assim como em dispositivos tais como isoladores, buchas, para-raios e chaves, submetidos a um potencial elétrico (voltagem) arbitrário, inclusive, 13,8 kV, 25,0 kV, 34,5 kV, 69 kV, 138 kV, 230 kV, 345 kV, 440 kV, 500 kV, 750 kV e 800 kV, é robusto, fácil, barato e seguro de se fabricar, instalar e utilizar;5/14 light signals are encoded by directly triggering (modulating) the measurand on the said optical source. The optical signals thus produced are transmitted freely and / or by optical fiber to the ground potential. The sensor has great reliability, sensitivity, adequate dynamic range, is immune to electromagnetic interference, compact, light weight, can be extended for multipoint sensing, does not require in-situ energization and is connected to the ground potential maintaining insulation electrical. It allows to monitor in real time the measure of the average amplitude value and the instantaneous waveform of the electric current in transmission lines, as well as in devices such as insulators, bushings, lightning arresters and switches, subjected to an electrical potential (voltage) arbitrary, including 13.8 kV, 25.0 kV, 34.5 kV, 69 kV, 138 kV, 230 kV, 345 kV, 440 kV, 500 kV, 750 kV and 800 kV, it is robust, easy, cheap and safe to manufacture, install and use;

[015]O documento de patente PI 102012004343-2, TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETRO ÓPTICO, que descreve um equipamento que realiza a medição de valor de tensão alternada em circuito de alta tensão, normalmente associado a uma linha de transmissão monitorada (1) de energia elétrica em alta tensão e o transformador de potencial eletro óptico, aqui denominado de tpeo, é composto de uma torre de medição (3) isolada conectada ao ponto de conexão (2) e também de uma unidade de controle de medição, ucm (6), instalada dentro de um painel na sala de controle e comando da instalação monitorada; e a torre de medição (3) isolada possui sensores de campo elétrico ópticos digitais, sendo que são ligados e ucm por meio de cabos (7) de fibras ópticas sem nenhum contato metálico e com base nos valores de campo elétrico a ucm calcula em tempo real o valor da tensão monitorada e disponibilizada está informação em uma saída de comunicação serial ou em saída analógica de baixa potencia;[015] Patent document PI 102012004343-2, OPTICAL ELECTRIC POTENTIAL TRANSFORMER, which describes a device that performs the measurement of alternating voltage values in a high voltage circuit, normally associated with a monitored power transmission line (1) high voltage electrical and the electro optical potential transformer, here called tpeo, is composed of an isolated measuring tower (3) connected to the connection point (2) and also of a measuring control unit, ucm (6) , installed inside a panel in the control and command room of the monitored installation; and the measuring tower (3) isolated has digital optical electric field sensors, which are connected and ucm by means of cables (7) of optical fibers without any metallic contact and based on the electric field values the ucm calculates in time real the value of the monitored and available voltage is information on a serial communication output or on a low power analog output;

[016]O documento de patente PI 102012006706-4, APARATO E MÉTODO PARA O MONITORAMENTO DE CONTATO ELÉTRICO, refere-se a sistemas de monitoramento óptico de chaves seccionadoras que, de acordo com as suas[016] Patent document PI 102012006706-4, APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING ELECTRICAL CONTACT, refers to optical monitoring systems for disconnect switches that, according to their

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6/14 características gerais, possui como princípio básico propiciar: suporte as condições de operação (tensão nominal, vibração, temperatura, oxidação, umidade etc.); indicação remota do fechamento e abertura efetiva da chave seccionadora (cs); garantia do isolamento apropriado entre a parte sensora em potencial da cs e a parte de monitoramento em potencial terra; custo compatível com o da cs; capacidade de ser instalado em css antigas e possibilidade de ser fabricado junto com css novas; a não interferência no funcionamento nem o prejuízo do isolamento elétrico da cs; imunidade às interferências eletromagnéticas e ruídos elétricos ou mecânicos bem como vibrações de qualquer tipo;6/14 general characteristics, its basic principle is to provide: support the operating conditions (nominal voltage, vibration, temperature, oxidation, humidity, etc.); remote indication of closing and effective opening of the disconnect switch (CS); ensuring proper isolation between the potential sensor part of the CS and the monitoring part of the potential ground; cost compatible with that of the CS; ability to be installed on old css and possibility to be manufactured together with new css; non-interference in operation or damage to the electrical insulation of the CS; immunity to electromagnetic interference and electrical or mechanical noise as well as vibrations of any kind;

[017]O documento de patente BR 10 2012 032602 7, SISTEMA DE MONITORAMENTO TÉRMICO DE TRANSFORMADORES POR SENSORES ÓPTICOS DE REDES DE BRAGG, refere-se a um sistema de monitoramento de temperatura em enrolamentos de bobinas de transformadores de potência. É proposto um dispositivo tipo canaleta para acomodação e proteção dos sensores FBG e um duto, de formato elíptico, para proteção do conjunto que é fixado verticalmente à bobina. As fibras ópticas são encaminhadas para a parte externa através de uma tampa na parte superior e são terminadas em uma caixa fixada na parte externa do transformador. O pedido descreve a forma construtiva da solução proposta e fica claro que não é possível instalar e remover os sensores sem uma intervenção física ao interior do transformador. [018]O documento de patente CN202631524U, ONLINE MONITORING DEVICE OF MICRO MOISTURE IN OPERATION TRANSFORMER OIL, descreve um sistema de monitoramento em tempo real de umidade no óleo do transformador que utiliza um sensor que é instalado na tubulação de circulação do óleo; e [019]O documento de patente KR20040020345 (A), APPARATUS FOR SIMULTANEOUSLY MEASURING CURRENT AND VOLTAGE BY USING OPTICAL FIBER AND METHOD FOR THE SAME, que descreve um aparelho para medir, simultaneamente, uma corrente e uma tensão, utilizando uma fibra[017] Patent document BR 10 2012 032602 7, THERMAL TRANSFORMER MONITORING SYSTEM BY BRAGG OPTICAL SENSORS, refers to a temperature monitoring system in windings of power transformer coils. A channel-type device is proposed to accommodate and protect the FBG sensors and an elliptical shaped duct to protect the assembly that is fixed vertically to the coil. The optical fibers are routed to the outside through a cover on the top and are terminated in a box fixed on the outside of the transformer. The order describes the construction of the proposed solution and it is clear that it is not possible to install and remove the sensors without physical intervention inside the transformer. [018] Patent document CN202631524U, ONLINE MONITORING DEVICE OF MICRO MOISTURE IN OPERATION TRANSFORMER OIL, describes a system for real-time monitoring of moisture in the transformer oil using a sensor that is installed in the oil circulation pipe; and [019] Patent document KR20040020345 (A), APPARATUS FOR SIMULTANEOUSLY MEASURING CURRENT AND VOLTAGE BY USING OPTICAL FIBER AND METHOD FOR THE SAME, which describes a device for simultaneously measuring a current and a voltage using a fiber

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7/14 óptica e um método para a mesma é proporcionado, e são facilmente instalados em um transformador elétrico convencional ou um sensor de cristal óptico convencional. Um aparelho para medir, simultaneamente, uma corrente e uma tensão, utilizando uma fibra óptica inclui um laser (1), uma primeira placa de polarização (2), um modulador de polarização (3), uma cabeça do sensor (4), uma segunda placa de polarização (5), um detector óptico (6), um amplificador lock-in (8) e um bloco de conversão. O laser (1) gera um feixe de laser e a primeira placa de polarização (2) defleta o feixe de laser gerado pelo laser (1) a um ângulo predeterminado. O modulador de polarização (3) gera um sinal elétrico para a tensão de referência e modula periodicamente a luz polarizada linear para uma luz polarizada circular. A cabeça do sensor (4) induz as mudanças da luz polarizada linear para a corrente e a luz polarizada circular para a tensão. A segunda placa de polarização (5) faz com que a luz da cabeça do sensor (4) seja polarizada a um predeterminado ângulo de saída. O detector óptico (6) muda a luz da segunda placa de polarização (5) de saída num sinal elétrico. O amplificador lock-in (8) mede a quantidade de alterações da luz circular ao receber o sinal elétrico de polarização do modulador (3) e o detector óptico (6). E, o bloco converte a quantidade de alterações de polarização do amplificador lock-in (8) para os valores de corrente e a tensão.7/14 optics and a method for it are provided, and are easily installed in a conventional electrical transformer or a conventional optical crystal sensor. An apparatus for simultaneously measuring a current and a voltage using an optical fiber includes a laser (1), a first polarization plate (2), a polarization modulator (3), a sensor head (4), a second polarization plate (5), an optical detector (6), a lock-in amplifier (8) and a conversion block. The laser (1) generates a laser beam and the first polarization plate (2) deflects the laser beam generated by the laser (1) at a predetermined angle. The polarization modulator (3) generates an electrical signal for the reference voltage and periodically modulates linear polarized light to circular polarized light. The sensor head (4) induces changes from linear polarized light to current and circular polarized light to voltage. The second polarization plate (5) causes the light from the sensor head (4) to be polarized at a predetermined exit angle. The optical detector (6) changes the light of the second output polarization plate (5) in an electrical signal. The lock-in amplifier (8) measures the amount of changes in the circular light when receiving the electrical polarization signal from the modulator (3) and the optical detector (6). And, the block converts the number of polarization changes of the lock-in amplifier (8) to the current and voltage values.

[020]Também podem ser citados alguns artigos científicos que representam o Estado da Técnica, estudos e resultados realizados na área, como referências bibliográficas, a seguir;[020] Some scientific articles that represent the State of the Art, studies and results carried out in the area, as bibliographic references, can also be cited below;

[021]WANG, M.; VANDERMAAR, A. J.; SRIVASTAVA, K. D. Review of condition assessment of power transformers in service. IEEE Electrical Insulation Magazine, v. 18, n. 6, p. 12-25, 2002;[021] WANG, M .; VANDERMAAR, A. J .; SRIVASTAVA, K. D. Review of condition assessment of power transformers in service. IEEE Electrical Insulation Magazine, v. 18, n. 6, p. 12-25, 2002;

[022]Abu-Elanien, A. E. B., &Salama, M. M. A. (2010).Asset management techniques for transformers. Electric Power Systems Research, 80(4), 456-464; [023]Lee, M., Abdullah, H. A., Jofriet, J. C., & Patel, D. (2010). Temperature distribution in foil winding for ventilated dry-type power transformers. Electric Power Systems Research, 80(9), 1065-1073;[022] Abu-Elanien, A. E. B., & Salama, M. M. A. (2010). Asset management techniques for transformers. Electric Power Systems Research, 80 (4), 456-464; [023] Lee, M., Abdullah, H. A., Jofriet, J. C., & Patel, D. (2010). Temperature distribution in foil winding for ventilated dry-type power transformers. Electric Power Systems Research, 80 (9), 1065-1073;

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8/14 [024]DE RYBEL, Tom et al. Apparatus for online power transformer winding monitoring using bushing tap injection. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 24, n. 3, p. 996-1003, 2009;8/14 [024] DE RYBEL, Tom et al. Apparatus for online power transformer winding monitoring using bushing tap injection. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 24, n. 3, p. 996-1003, 2009;

[025]Mak, T., Westerwaal, R. J., Slaman, M., Schreuders, H., Van Vugt, A. W., Victoria, M., Dam, B. (2014). Optical fiber sensor for the continuous monitoring of hydrogen in oil. Sensors and Actuators, B: Chemical, 190, 982-989;[025] Mak, T., Westerwaal, R. J., Slaman, M., Schreuders, H., Van Vugt, A. W., Victoria, M., Dam, B. (2014). Optical fiber sensor for the continuous monitoring of hydrogen in oil. Sensors and Actuators, B: Chemical, 190, 982-989;

[026]LEE, Byoungho. Review of the present status of optical fiber sensors. Opticalfibertechnology, v. 9, n. 2, p. 57-79, 2003;[026] LEE, Byoungho. Review of the present status of optical fiber sensors. Opticalfibertechnology, v. 9, n. 2, p. 57-79, 2003;

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Descrição das figurasDescription of the figures

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10/14 [043]A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê:10/14 [043] Below, reference is made to the Figures accompanying this descriptive report, for better understanding and illustration, where it can be seen:

[044]A Figura 1 mostra um esquema em perspectiva da disposição introduzida em Aparato de dutos internos a um transformador para instalação de sensores ópticos, objeto da presente patente, destacando todos seus detalhes de configuração.[044] Figure 1 shows a schematic in perspective of the arrangement introduced in Apparatus of internal ducts to a transformer for installation of optical sensors, object of the present patent, highlighting all its configuration details.

[045]A Figura 2 mostra um esquema em vista frontal da disposição introduzida em Aparato de dutos internos a um transformador para instalação de sensores ópticos ou de outros tipos, objeto da presente patente, destacando seus detalhes de configuração do Aparato (A) e o painel de terminações (B) dos dutos internos com seus flanges padronizados.[045] Figure 2 shows a schematic in front view of the arrangement introduced in Apparatus of internal ducts to a transformer for installation of optical sensors or other types, object of this patent, highlighting its configuration details of the Apparatus (A) and the termination panel (B) of the internal ducts with their standardized flanges.

Descrição da invenção [046]Em seguida descreve-se uma forma preferencial não restritiva de realização do presente aparato, objeto desta patente, onde a configuração e aplicação podem variar na forma adequada para cada modelo desejado; descrevendo uma das possibilidades construtivas que levam a concretizar o objeto descrito e a forma como o mesmo funciona.Description of the invention [046] The following describes a preferential, non-restrictive form of realization of the present apparatus, object of this patent, where the configuration and application can vary in the appropriate form for each desired model; describing one of the constructive possibilities that lead to realizing the described object and the way it works.

[047]O Aparato de dutos internos a um transformador para instalação de sensores de monitoramento, objeto da presente patente, trata-se de uma infraestrutura de dutos internos (1) a um transformador elétrico de potencia de acesso a pontos de interesse, a qual permite a instalação de sensores de monitoramento e medição nas suas extremidades (3) visando a medição e sensoriamento de multiparâmetros. Os dutos (1)estão preenchidos com substâncias, ou soluções, ou meios isolantes do núcleo do transformador e são terminados em um flange padronizado(2) disposto em um painel de terminações (4) estrategicamente localizado na carcaça do tanque do transformador para permitir a instalação e a remoção dos sensores a qualquer tempo, seja na instalação de sistemas de monitoramento ou durante a sua operação e manutenção, com o transformador em operação ou não. Os dutos (1) encaminham as sondas sensoras até aos pontos de interesse de[047] The apparatus of internal ducts to a transformer for installation of monitoring sensors, object of the present patent, is an infrastructure of internal ducts (1) to an electric transformer of power to access points of interest, which allows the installation of monitoring and measurement sensors at their ends (3) for the measurement and sensing of multiparameters. The ducts (1) are filled with substances, or solutions, or insulating means of the transformer core and are terminated on a standardized flange (2) arranged in a termination panel (4) strategically located in the transformer tank housing to allow for the installation and removal of sensors at any time, either when installing monitoring systems or during their operation and maintenance, with the transformer in operation or not. The ducts (1) route the sensor probes to the points of interest of

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11/14 medição(3) no interior do transformador e garantem integridade física das sondas sensoras ao longo da vida útil. O aparato permite a instalação de sondas de várias tecnologias de sensores ópticos para a medição de vários parâmetros e podem, com flanges padronizados, permitir a instalação de sondas sensoras de diferentes fabricantes, onde a escolha do tipo de sonda sensora é definida em função do parâmetro que se deseja mensurar.11/14 measurement (3) inside the transformer and guarantee physical integrity of the sensor probes throughout their useful life. The apparatus allows the installation of probes of various optical sensor technologies for the measurement of various parameters and may, with standardized flanges, allow the installation of sensor probes from different manufacturers, where the choice of the type of sensor probe is defined according to the parameter that you want to measure.

Forma preferencial de realização e funcionamento da invenção [048]O Aparato de dutos internos a um transformador para instalação de sensores ópticos, objeto da presente patente, está formado por uma infraestrutura de dutos (1) instalados internamente a um transformador elétrico de potencia para permitir a instalação de sensores ópticos (2) visando a medição e sensoriamento de multiparâmetros. Os dutos são terminados em flanges dispostas em um painel de terminações (4) estrategicamente localizado na carcaça do tanque do transformador para permitir a instalação e a remoção dos sensores a qualquer tempo, seja na instalação de sistemas de monitoramento ou durante a sua operação e manutenção, e ainda com o transformador em operação. Os dutos encaminham as sondas sensoras até aos pontos de interesse de medição no interior do transformador (3) e garantem integridade física das sondas sensoras ao longo da vida útil. O aparato permite a instalação de sondas de várias tecnologias de sensores ópticos para a medição de vários parâmetros e podem, com flanges padronizados (4), permitir a instalação de sondas sensoras de diferentes fabricantes.Preferred form of realization and operation of the invention [048] The Apparatus of internal ducts to a transformer for installation of optical sensors, object of the present patent, is formed by an infrastructure of ducts (1) installed internally to an electric power transformer to allow the installation of optical sensors (2) for the measurement and sensing of multiparameters. The ducts are finished in flanges arranged in a termination panel (4) strategically located in the transformer tank housing to allow installation and removal of the sensors at any time, either when installing monitoring systems or during their operation and maintenance , and with the transformer still in operation. The ducts route the sensor probes to the measurement points of interest inside the transformer (3) and guarantee the physical integrity of the sensor probes throughout their useful life. The apparatus allows the installation of probes of various optical sensor technologies for the measurement of various parameters and can, with standardized flanges (4), allow the installation of sensor probes from different manufacturers.

[0497]Os dutos devem ser construídos de material com características dielétricas adequadas ao ambiente interno ao transformador, tais como o PTFE (Politetrafluoretileno), ou seja, que seja compatível em relação aos aspectos elétricos e químicos e que não degrade durante a sua vida util. Quando instalados, os interiores dos dutos devem estar completamente preenchidos com o óleo (solução) isolante do núcleo do transformador, sem bolhas de ar e/ou outras partículas que possam propiciar descargas parciais. Para garantir a[0497] The ducts must be constructed of material with dielectric characteristics suitable for the internal environment of the transformer, such as PTFE (Polytetrafluoroethylene), that is, that is compatible in relation to electrical and chemical aspects and that does not degrade during its useful life . When installed, the interiors of the ducts must be completely filled with the insulating oil (solution) from the transformer core, without air bubbles and / or other particles that may provide partial discharges. To ensure

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12/14 completo preenchimento do interior do duto algumas possibilidades podem ser implementadas, tais como: realizar a sangria do duto pelo método de sucção para garantir o completo preenchimento com o óleo isolante, ou utilizar dutos perfurados, desde que a solução garanta as perfeitas condições dielétricas do meio.12/14 complete filling of the interior of the duct some possibilities can be implemented, such as: bleeding the duct by the suction method to ensure complete filling with insulating oil, or using perforated ducts, as long as the solution guarantees perfect conditions medium dielectrics.

[050]As funções básicas dos dutos (1) são: propiciar o encaminhamento das sondas sensoras até aos pontos de interesse de medição e garantir a integridade física das sondas durante a operação do sistema. Neste contexto os dutos devem ser adequadamente fixados aos flanges (2) do painel de acesso (4) das sondas e encaminhá-las ao longo dos seus comprimentos encaminhadas no interior do transformador até aos pontos de terminação (3). [051]Os flanges (2), do seu lado interno ao transformador, devem garantir a perfeita conexão com os dutos ao longo da vida útil do sistema. A parte interna do flange deve ser provida de um diafragma, preferencialmente construído de borracha de silicone, para realizar a vedação do óleo isolante durante o processo de instalação ou remoção das sondas sensoras. A parte externa do flange deve permitir a conexão das terminações das sondas sensoras e garantir uma perfeita vedação durante a operação, e caso não seja utilizada deve possuir um tampão de vedação que poderá ser removido quando for realizada a instalação de uma sonda sensora.[050] The basic functions of the ducts (1) are: to provide the routing of the sensor probes to the points of interest of measurement and to guarantee the physical integrity of the probes during the operation of the system. In this context, the ducts must be adequately fixed to the flanges (2) of the access panel (4) of the probes and guide them along their lengths routed inside the transformer to the termination points (3). [051] The flanges (2), on the inside of the transformer, must guarantee the perfect connection with the ducts throughout the life of the system. The internal part of the flange must be provided with a diaphragm, preferably made of silicone rubber, to seal the insulating oil during the process of installing or removing the sensor probes. The external part of the flange must allow the connection of the sensor probe terminations and guarantee a perfect seal during the operation, and if not used, it must have a sealing plug that can be removed when the installation of a sensor probe.

[052]A sonda sensora deve ser construída de forma a atender as necessidades específicas do ponto de medição de cada duto, ou seja, deve ser construído em função das distâncias do flange até o ponto de medição. A fibra óptica da sonda sensora deve ser revestida/protegida por um polímero resistente ao meio de operação, compatível em relação aos aspectos elétricos e químicos e que não degrade durante a sua vida util. O revestimento da fibra dever ser realizado, preferencialmente utilizando PTFE, com dimensões que garantam a robustez e a flexibilidade necessárias para o processo de inserção e retirada dos dutos.[052] The sensor probe must be built in order to meet the specific needs of the measurement point of each duct, that is, it must be built according to the distance from the flange to the measurement point. The optical fiber of the sensor probe must be coated / protected by a polymer resistant to the operating environment, compatible with electrical and chemical aspects and that does not degrade during its useful life. The fiber coating must be carried out, preferably using PTFE, with dimensions that guarantee the necessary strength and flexibility for the process of insertion and removal of the ducts.

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13/14 [053]As sondas sensoras podem ser construídas utilizando várias tecnologias de sensores, sendo a escolha do tipo definida em função do parâmetro que se deseja mensurar. Dentre as tecnologias de sensores que podem ser utilizadas podem ser destacadas a tecnologia FBG (Fiber Bragg Grating) e a tecnologia de sensores ópticos interformétricos. Utilizando a tecnologia FBG podem ser construídas sondas sensoras com mais de um sensor, que podem ser localizados em posições pré-estabelecidas para a medição em pontos distintos. O comprimento das sondas sensores é definido em função das distâncias dos pontos de medições em relação aos flanges de entradas no transformador. [054]Apesar de ter sido exemplificada a utilização do aparato de dutos internos ao transformador de potência utilizando-se sensores ópticos, o aparato pode ser utilizado para a aplicação de outros tipos de sensores (não ópticos, híbridos) e outras finalidades, por exemplo, a coleta de amostra de material (solução isolante) nos pontos de interesse acessíveis através do aparato. Vantagens [055]Desta forma, a Disposição introduzida em Aparato de dutos internos a um transformador para instalação de sensores ópticos, objeto da presente patente, conforme descrita acima, apresenta uma configuração e funcionamento novos que lhe configuram grandes vantagens em relação aos aparatos e dispositivos atualmente utilizados e encontrados no mercado para a mesma função. Dentre essas vantagens podem-se citar: o fato dos dutos encaminharem as sondas sensoras até aos pontos de interesse de medição no interior do transformador resultando em uma medição real; o fato da infraestrutura de dutos garantir a integridade física dos sensores ao longo da sua vida útil; o fato da infraestrutura de dutos permitir instalar e remover os sensores do transformador a qualquer tempo, seja na instalação de sistemas de monitoramento ou durante a sua operação e manutenção; o fato da infraestrutura de dutos permitir instalar e remover os sensores com o transformador em operação; o fato de infraestrutura de dutos permitir a instalação de sondas sensoras com várias tecnologias de sensores ópticos; o13/14 [053] The sensor probes can be built using various sensor technologies, the choice of type being defined according to the parameter to be measured. Among the sensor technologies that can be used, the FBG (Fiber Bragg Grating) technology and the interformetric optical sensor technology can be highlighted. Using FBG technology, sensor probes can be built with more than one sensor, which can be located in pre-established positions for measurement at different points. The length of the sensor probes is defined according to the distances from the measurement points in relation to the input flanges in the transformer. [054] Although the use of the apparatus of internal ducts to the power transformer using optical sensors has been exemplified, the apparatus can be used for the application of other types of sensors (non-optical, hybrid) and other purposes, for example , the collection of material sample (insulating solution) at points of interest accessible through the apparatus. Advantages [055] In this way, the Arrangement introduced in Apparatus of internal ducts to a transformer for installation of optical sensors, object of the present patent, as described above, presents a new configuration and operation that configure it with great advantages in relation to the apparatuses and devices currently used and found on the market for the same function. Among these advantages we can mention: the fact that the ducts send the sensor probes to the measurement points of interest inside the transformer resulting in a real measurement; the fact that the pipeline infrastructure guarantees the physical integrity of the sensors throughout their useful life; the fact that the pipeline infrastructure allows the installation and removal of the transformer sensors at any time, either when installing monitoring systems or during their operation and maintenance; the fact that the pipeline infrastructure allows the installation and removal of sensors with the transformer in operation; the fact that pipeline infrastructure allows the installation of sensor probes with various optical sensor technologies; O

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14/14 fato da infraestrutura de dutos permitir a instalação de sondas sensoras para medição de vários parâmetros podendo utilizar mais de um sensor por sonda; e, o fato da infraestrutura de dutos, com flanges padronizados, permitir a instalação de sondas sensoras de diferentes fabricantes, reduzindo os custos gerais.14/14 the fact that the pipeline infrastructure allows the installation of sensor probes to measure various parameters and may use more than one sensor per probe; and, the fact that the pipeline infrastructure, with standardized flanges, allows the installation of sensor probes from different manufacturers, reducing overall costs.

[056]Assim, pelas características de configuração e funcionamento, acima descritas, pode-se notar claramente que a DISPOSIÇÃO INTRODUZIDA EM APARATO DE DUTOS INTERNOS A UM TRANSFORMADOR PARA MONITORAMENTO, trata-se de um aparato novo para o Estado da Técnica o qual reveste-se de condições de inovação, ato inventivo e industrialização inéditos, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Modelo de Utilidade.[056] Thus, due to the configuration and operation characteristics, described above, it can be clearly noted that the PROVISION INTRODUCED IN AN INTERNAL DUCT APPARATUS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING, it is a new apparatus for the State of the Art which it covers conditions of innovation, inventive act and unprecedented industrialization, which merit the Utility Model Patent Privilege.

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Claims (1)

REIVINDICAÇÃOCLAIM 1 - DISPOSIÇÃO INTRODUZIDA EM APARATO DE DUTOS INTERNOS A UM TRANSFORMADOR PARA MONITORAMENTO, Aparato de dutos internos a um transformador para acesso a pontos internos de interesse para monitoramento como coleta de dados e sensoriamento, que permite instalação de sondas sensoras, caracterizado por estar formado por uma infraestrutura de dutos internos ao transformador (1) de acesso a pontos de interesse para instalação de sensores nas suas extremidades; ditos dutos sendo completamente preenchidos com meio isolante do núcleo do transformador, e sendo instalados internamente ao transformador elétrico de potência com distâncias do flange até o ponto de monitoramento variáveis para cada ponto desejado; ditos dutos são terminados em flanges (2), preferencialmente flanges padronizados, de conexão com os dutos (1) contendo um diafragma ou um tampão de vedação; ditas flanges (2) sendo dispostas em um painel de terminações (4) estrategicamente localizado na carcaça do tanque do transformador para a instalação e a remoção de aparatos de monitoramento a qualquer tempo; ditos dutos encaminham as sondas sensoras de monitoramento até aos pontos de interesse no interior do transformador (3) e garantem integridade física dos mesmos ao longo da vida útil; ditas sondas sensoras de monitoramento podendo serem construídas com várias tecnologias de sensores para a medição de vários parâmetros, sendo a escolha do tipo definida em função do parâmetro que se deseja mensurar.1 - ARRANGEMENT INTRODUCED IN APPARATUS OF INTERNAL DUCTS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING, Apparatus of internal ducts to a transformer for access to internal points of interest for monitoring such as data collection and sensing, which allows the installation of sensor probes, characterized by being formed by an infrastructure of internal ducts to the transformer (1) for access to points of interest for installing sensors at its ends; said ducts being completely filled with insulating medium from the transformer core, and being installed internally to the electric power transformer with variable flange distances to the monitoring point for each desired point; said ducts are finished in flanges (2), preferably standard flanges, in connection with the ducts (1) containing a diaphragm or a sealing plug; said flanges (2) being arranged in a termination panel (4) strategically located in the transformer tank housing for the installation and removal of monitoring devices at any time; said pipelines route the monitoring sensor probes to the points of interest inside the transformer (3) and guarantee their physical integrity throughout their useful life; said sensor monitoring probes can be built with various sensor technologies for the measurement of various parameters, the choice of type being defined according to the parameter to be measured. 20/2420/24 1/11/1
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