BR202016024652Y1

BR202016024652Y1 - DISPOSITION INTRODUCED IN INTERNAL PIPE APPARATUS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING

Info

Publication number: BR202016024652Y1
Application number: BR202016024652-6U
Authority: BR
Inventors: Bruno Nogueira Aires; Claudio Antonio Hortencio; João Guilherme Dias De Aguiar; Rodrigo Peres; Gustavo Henrique Sberze Ribas; Eduardo Ferreira Da Costa
Original assignee: Fundacao Cpqd - Centro De Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecomunicacoes
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2021-08-10
Also published as: BR202016024652U2

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.provision introduced in duct apparatus internal to a transformer for monitoring new duct apparatus internal to an electrical power transformer for monitoring, used in electrical systems in general, which allows, for example, the installation of optical sensors and other types that are intended to monitor the operation and status of the transformer, preventing the occurrence of failures.

Description

[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.[001] This report deals with the detailed description and illustrated with figures of a new duct apparatus internal to an electrical power transformer for monitoring, used in electrical systems in general, which allows, for example, the installation of optical sensors or of other types that have the purpose of monitoring the operation and status of the transformer, preventing the occurrence of failures.

field of invention

[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.[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 electrical power transformer to enable access to internal points of interest of the transformer to , for example, the installation of optical sensors for the measurement and sensing of transformer multiparameters, 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, connection flange type, arranged in the transformer frame to lead the sensors to the monitoring areas of interest inside the transformer. The apparatus' component ducts mechanically protect the sensors and guarantee the same dielectric conditions as the transformer's internal environment.

Purpose of the invention

[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, 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.[003] The apparatus of internal ducts to a transformer for installing optical sensors, object of the present invention, aims to provide the electrical 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 transformer multiparameters. In such a way that the ducts route the sensor probes, which carry the sensors, to the measurement points of interest inside the transformer, ensuring the physical integrity of the sensors throughout their useful life, allowing the installation and removal of the transformer sensors at any time, whether in the installation of monitoring systems or during their 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 the optical sensors and the installation of sensor probes for measuring various parameters with any other type of sensor that may be necessary, these may be from different manufacturers.

problem to be solved

[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.[004] Power transformers are very important and strategic assets for the electricity 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 transformer operating conditions 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 status of the transformer, such as: status assessment by thermal analysis, status assessment by vibration analysis, status assessment by partial discharge analysis, status assessment by analysis of dissolved gases (DGA) and the assessment of the state 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, as it is responsible for the deterioration of insulation and electrical components. The useful life of power transformers corresponds to the conditions of electrical insulation of materials, thus, the useful life of transformers is strongly affected by winding temperatures.

[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.[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 in the hot spots inside. Using conventional sensor technology, it is possible to measure the temperature, inside, of the transformer only at the top, due to the dielectric limitations of the sensors, among other limitations. From the measurement of internal and external temperature, the temperature of the transformer winding and the location of the hot spots are obtained through the use of mathematical modelling. A non-invasive way to check the external temperature of the transformer 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 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 along the entire length of an optical fiber (DTS - DistributedTemperature System) wound along the transformer winding during its construction. Another possibility is the Quasi-distributed measurement using a network of FBG sensors (Fiber Bragg Grating), or a point sensor using the FBG sensor in a discrete way. Another possibility for spot temperature measurement is the use of interferometric optical 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 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.[010]Currently, transformer monitoring systems are mostly based on measuring parameters collected externally to them, or not directly at the point of interest. Commercial solutions for direct measurement of the parameter of interest inside the transformer are usually offered by the transformer manufacturer, their costs are very high and they present great difficulty in maintaining the sensors in case of failure.

[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 for monitoring transformers has already been extensively studied, including in universities and research centers in Brazil and worldwide, having presented very relevant results, however, adequate solutions have not been developed to ensure the maintenance of integrity optical fiber as a function of the mechanical stresses that the fiber will be subjected to during the life of the system inside the transformer. Another important aspect to consider is that the replacement of 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 accessing the interior of the transformer in order to allow its sensing. In the proposed apparatus, different types of sensors can be installed and operated for measuring various parameters, for example, the measurement of temperature at internal critical points, in real time.

State of the Art

[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:[013] There are some patent documents, national and international, that describe provisions and configurations arranged in transformers for sensing them, however none of these depositions have the configuration and operation 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 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;[014] The patent document, PI0205845-6, INDUCTIVE/OPTOELECTRONIC ELECTRIC CURRENT TRANSFORMER, where the present invention refers to an inductive/optoelectronic electric current transformer based on hybrid technology with the use of an electromagnetic induction coil with an optical source connected to it. The light signals are encoded by direct activation (modulation) of the measurand on said optical source. The optical signals thus produced are transmitted freely and/or by optical fiber to ground potential. The sensor has great reliability, sensitivity, adequate dynamic range, is immune to electromagnetic interference, compact, light, can be extended for multipoint sensing, does not require in-situ energization and is connected to ground potential while maintaining isolation electric. It allows real-time monitoring of the mean amplitude measurement and the instantaneous waveform of the electrical current in transmission lines, as well as in devices such as insulators, bushings, lightning rods and switches, subjected to an electrical potential (voltage) arbitrary, inclusive, 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, ELECTRO-OPTIC POTENTIAL TRANSFORMER, which describes equipment that performs the measurement of alternating voltage value in a high voltage circuit, usually associated with a monitored transmission line (1) of power electrical voltage at high voltage and the "electro-optical potential transformer", here called "tpeo", is composed of an insulated measuring tower (3) connected to the connection point (2) and also a "measurement control unit , "ucm" (6), installed inside a panel in the control and command room of the monitored installation; and the measuring tower (3) insulated has digital optical electric field sensors, which are connected and ucm through cables (7) fiber optics without any metallic contact and based on the electric field values, the ucm calculates in real time the value of the monitored voltage and makes available this information in a serial communication output or in 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 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;[016] Patent document PI 102012006706-4, APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING ELECTRIC CONTACT, refers to optical monitoring systems of disconnect switches that, according to their general characteristics, have as a basic principle to provide: support the operating conditions (rated voltage, vibration, temperature, oxidation, humidity, etc.); remote indication of the closing and effective opening of the disconnect switch (cs); ensuring proper isolation between the potential sensing part of the cs and the potential ground monitoring part; cost compatible with CS; ability to be installed in old css and possibility to be manufactured together with new css; the non-interference in the functioning or the 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.[017] Patent document BR 10 2012 032602 7, THERMAL MONITORING SYSTEM OF TRANSFORMERS BY OPTICAL SENSORS OF BRAGG NETWORKS, refers to a temperature monitoring system in windings of power transformer coils. A channel-type device is proposed for accommodation and protection of FBG sensors and an elliptical-shaped duct for protection of the assembly that is fixed vertically to the coil. Optical fibers are routed to the outside through a lid on top and are terminated in a box attached to the outside of the transformer. The application describes the constructive form of the proposed solution and it is clear that it is not possible to install and remove the sensors without a physical intervention inside the transformer.

[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[018] Patent document CN202631524U, ONLINE MONITORING DEVICE OF MICRO MOISTURE IN OPERATION TRANSFORMER OIL, describes a real-time monitoring system for humidity in transformer oil that uses a sensor that is installed in the oil circulation piping; and

[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 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.[019] Patent document KR20040020345 (A), APPARATUS FOR SIMULTANEOUSLY MEASURING CURRENT AND VOLTAGE BY USING OPTICAL FIBER AND METHOD FOR THE SAME, which describes an apparatus for measuring, simultaneously, a current and a voltage, using an optical fiber and a method for the same is provided, and they 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 polarizing 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 polarizing plate (2) deflects the laser beam generated by the laser (1) to 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 polarizing plate (5) causes the light from the sensor head (4) to be polarized to a predetermined exit angle. The optical detector (6) changes the light from the second output bias plate (5) into an electrical signal. The lock-in amplifier (8) measures the amount of circular light changes by receiving the electrical polarization signal from the modulator (3) and the optical detector (6). And, the block converts the amount of polarization changes from the lock-in amplifier (8) to 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 can also be cited, as bibliographical references, 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, vol. 18, no. 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;[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;[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;

[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;[024]DE RYBEL, Tom et al. Apparatus for online power transformer winding monitoring using bushing tap injection. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 24, no. 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 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;

[027]Lobo Ribeiro, A. B., Eira, N. F., Sousa, J. M., Guerreiro, P. T., &Salcedo, J.R. (2008). Multipoint fiber-optic hot-spot sensing network integrated into high power transformer for continuous monitoring. IEEE SensorsJournal, 8(7), 12641267;[027] Lobo Ribeiro, A.B., Eira, N.F., Sousa, J.M., Guerreiro, P.T., & Salcedo, J.R. (2008). Multipoint fiber-optic hot-spot sensing network integrated into high power transformer for continuous monitoring. IEEE SensorsJournal, 8(7), 12641267;

[028]DE FARIA, Ivan Paulo; MARTINEZ, Manuel Luis Barreira; DA COSTA PARENTONI, Marcel Fernando. Comparação de sistemas de mapeamento térmico volumétrico aplicados a transformadores de potência;[028]DE FARIA, Ivan Paulo; MARTINEZ, Manuel Luis Barreira; DA COSTA PARENTONI, Marcel Fernando. Comparison of volumetric thermal mapping systems applied to power transformers;

[029]Yu, B., Kim, D. W., Deng, J., Xiao, H., & Wang, A. (2003). Fiber Fabry- Perot sensors for detection of partial discharges in power transformers.Appl Opt, 42(16), 3241-3250.[029] Yu,B., Kim,D.W., Deng,J., Xiao,H., & Wang,A. (2003). Fiber Fabry-Perot sensors for the detection of partial discharges in power transformers.Appl Opt, 42(16), 3241-3250.

[030]Kim, M., Lee, J., Koo, J., & Song, M. (2008).A study on internal temperature monitoring system for power transformer using optical Fiber Bragg Grating sensors. Electrical Insulating Materials, 163-166;[030] Kim, M., Lee, J., Koo, J., & Song, M. (2008). A study on internal temperature monitoring system for power transformer using optical Fiber Bragg Grating sensors. Electrical Insulating Materials, 163-166;

[031]Chen, W. G., Liu, J., Wang, Y. Y., Liang, L. M., Zhao, J. B., &Yue, Y. F.(2008). The measuring method for internal temperature of power transformer based on FBG sensors. 2008 International Conference on High Voltage Engineering and Application, ICHVE 2008, 672-676;[031]Chen, W.G., Liu, J., Wang, Y.Y., Liang, L.M., Zhao, J.B., &Yue, Y.F.(2008). The measuring method for internal temperature of power transformer based on FBG sensors. 2008 International Conference on High Voltage Engineering and Application, ICHVE 2008, 672-676;

[032]Saravolac, M. P. (1994). The use of optic fibres for temperature monitoring in power transformers. The Institution of Electrical Engineers, 1-3.[032]Saravolac, M.P. (1994). The use of optic fibers for temperature monitoring in power transformers. The Institution of Electrical Engineers, 1-3.

[033]PICANÇO, Alessandra F.; MARTINEZ, Manuel LB; ROSA, Paulo C. Bragg system for temperature monitoring in distribution transformers.Electric Power Systems Research, v. 80, n. 1, p. 77-83, 2010.[033]PICANÇO, Alessandra F.; MARTINEZ, Manuel LB; ROSA, Paulo C. Bragg system for temperature monitoring in distribution transformers. Electric Power Systems Research, v. 80, no. 1, p. 77-83, 2010.

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[035]Deng, J., Xiao, H., Huo, W., Luo, M., May, R., Wang, A., & Liu, Y. (2001).Optical fiber sensor-based detection of partial discharges in power transformers. Optics & Laser Technology, 33(5), 305-311;[035]Deng, J., Xiao, H., Huo, W., Luo, M., May, R., Wang, A., & Liu, Y. (2001). Optical fiber sensor-based detection of partial discharges in power transformers. Optics & Laser Technology, 33(5), 305-311;

[036]MA, Guo-ming et al. High sensitive and reliable fiber Bragg grating hydrogen sensor for fault detection of power transformer. Sensors and Actuators B: Chemical, v. 169, p. 195-198, 2012;[036]MA, Guo-ming et al. High sensitive and reliable fiber Bragg grating hydrogen sensor for fault detection of power transformer. Sensors and Actuators B: Chemical, v. 169, p. 195-198, 2012;

[037]BETTA, Giovanni; PIETROSANTO, Antonio; SCAGLIONE, Antonio.An enhanced fiber optic temperature sensor system for power transformer monitoring. In: Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2000. IMTC 2000.Proceedings of the 17th IEEE.IEEE, 2000. p. 153-158;[037]BETTA, Giovanni; PIETROSANTO, Antonio; SCAGLIONE, Antonio.An enhanced fiber optic temperature sensor system for power transformer monitoring. In: Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2000. IMTC 2000.Proceedings of the 17th IEEE.IEEE, 2000. p. 153-158;

[038]MORAIS, Diego Roberto et al. Ferramenta inteligente para detecção de falhas incipientes em transformadores baseada na análise de gases dissolvidos no óleo isolante. 2004;[038]MORAIS, Diego Roberto et al. Intelligent tool for detecting incipient failures in transformers based on the analysis of gases dissolved in the insulating oil. 2004;

[039]SILVA, Juliano Ricardo da et al. Modelagem para monitoramento térmico de transformadores em operação e avaliação do envelhecimento em função do perfil de carregamento. 2005;[039]SILVA, Juliano Ricardo da et al. Modeling for thermal monitoring of transformers in operation and evaluation of aging as a function of the load profile. 2005;

[040]MA, Guo-ming et al. High sensitive and reliable fiber Bragg grating hydrogen sensor for fault detection of power transformer. Sensors and Actuators B: Chemical, v. 169, p. 195-198, 2012;[040]MA, Guo-ming et al. High sensitive and reliable fiber Bragg grating hydrogen sensor for fault detection of power transformer. Sensors and Actuators B: Chemical, v. 169, p. 195-198, 2012;

[041]Dai, J., Yang, M., Yu, X., & Lu, H. (2013).Optical hydrogen sensor based on etched fiber Bragg grating sputtered with Pd/Ag composite film. Optical Fiber Technology, 19(1), 26-30; e[041] Dai, J., Yang, M., Yu, X., & Lu, H. (2013). Optical hydrogen sensor based on etched fiber Bragg grating sputtered with Pd/Ag composite film. Optical Fiber Technology, 19(1), 26-30; and

[042]Wang, X., Li, B., Roman, H. T., Russo, O. L., Chin, K., & Farmer, K. R. (2006).Acousto-optical PD detection for transformers. IEEE Transactions on Power Delivery, 21(3), 1068-1073.[042]Wang, X., Li,B., Roman, H.T., Russian, O.L., Chin, K., & Farmer, K.R. (2006). Acousto-optical PD detection for transformers. IEEE Transactions on Power Delivery, 21(3), 1068-1073.

Description of figures

[043]A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê:[043] The following reference is made to the Figures that accompany this descriptive report, for a better understanding and illustration of it, where it is 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 perspective scheme of the arrangement introduced in Apparatus of internal ducts to a transformer for installing optical sensors, object of this 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 front view scheme 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 inner ducts with their standardized flanges.

Description of the invention

[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.[046] The following describes a preferential non-restrictive way of carrying out the present apparatus, object of this patent, where the configuration and application can vary in the appropriate way for each desired model; describing one of the constructive possibilities that lead to materializing 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 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.Forma preferencial de realização e funcionamento da invenção[047] The apparatus of internal ducts to a transformer for installing monitoring sensors, object of this patent, it is an infrastructure of internal ducts (1) to an electrical transformer for accessing points of interest, which allows the installation of monitoring and measuring sensors at its ends (3) for the measurement and sensing of multi-parameters. The ducts (1) are filled with substances, or solutions, or insulating means from the transformer core and are terminated in a standardized flange (2) arranged in a termination panel (4) strategically located in the transformer tank housing to allow for installation and removal of sensors at any time, whether 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 measurement points of interest (3) inside the transformer 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, allow the installation of sensor probes from different manufacturers, where the choice of the type of sensor probe is defined as a function of the parameter that you want to measure. Preferred way of carrying out and functioning of the invention

[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.[048] The duct apparatus internal to a transformer for installing optical sensors, object of this patent, is formed by an infrastructure of ducts (1) installed internally to an electrical power transformer to allow the installation of optical sensors (2) aimed at measuring and sensing multiparameters. The ducts are terminated in flanges arranged in a termination panel (4) strategically located in the transformer tank housing to allow the installation and removal of sensors at any time, whether when installing monitoring systems or during their operation and maintenance , and still with the transformer 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 measuring various parameters and can, with standard flanges (4), allow the installation of sensor probes from different manufacturers.

[049]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 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.[049] 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 with regard to electrical and chemical aspects and that does not degrade during its useful life . When installed, the interior of the ducts must be completely filled with the insulating oil (solution) of the transformer core, without air bubbles and/or other particles that could provide partial discharges. To ensure complete filling of the interior of the pipeline, some possibilities can be implemented, such as: bleeding the pipeline by the suction method to ensure complete filling with insulating oil, or using perforated pipelines, provided that the solution guarantees perfect conditions dielectrics in the middle.

[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).[050] The basic functions of the ducts (1) are: to provide the routing of the sensor probes to the measurement points of interest and to guarantee the physical integrity of the probes during the system operation. In this context, the ducts must be properly fixed to the flanges (2) of the access panel (4) of the probes and route them along their lengths routed inside the transformer to the termination points (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.[051] The flanges (2), on their internal side to the transformer, must ensure the perfect connection with the ducts throughout the useful life of the system. The internal part of the flange must be provided with a diaphragm, preferably constructed of silicone rubber, to seal the insulating oil during the installation or removal process of the sensor probes. The external part of the flange must allow the connection of the terminations of the sensor probes and ensure a perfect seal during operation, and if not used, it must have a sealing plug that can be removed when installing 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 constructed to meet the specific needs of the measurement point of each pipeline, that is, it must be constructed depending on the distances from the flange to the measurement point. The optical fiber of the sensor probe must be coated/protected with a polymer resistant to the operating medium, compatible with regard to 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 ensure the strength and flexibility necessary for the process of insertion and removal of the ducts.

[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.[053] Sensor probes can be built using various sensor technologies, with the choice of type defined depending on the parameter you want to measure. Among the sensor technologies that can be used, the FBG (Fiber Bragg Grating) technology and the optical interformetric sensor technology can be highlighted. Using FBG technology, sensor probes with more than one sensor can be built, which can be located in pre-established positions for measurement at different points. The length of the sensor probes is defined as a function of the distances between the measuring points and the input flanges on the transformer.

[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.[054] Although the use of the apparatus of internal ducts to the power transformer using optical sensors was 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 samples (insulating solution) in the points of interest accessible through the apparatus.

Benefits

[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; o 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.[055] In this way, the Arrangement introduced in Apparatus of internal ducts to a transformer for installing optical sensors, object of this patent, as described above, presents a new configuration and operation that give it great advantages over apparatus and devices currently used and found on the market for the same function. Among these advantages, we can mention: the fact that the pipelines route 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 transformer sensors at any time, whether when installing monitoring systems or during their operation and maintenance; the fact that the pipeline infrastructure allows installing and removing the sensors with the transformer in operation; the fact that the pipeline infrastructure allows the installation of sensor probes with various optical sensor technologies; the fact that the pipeline infrastructure allows the installation of sensor probes to measure various parameters, which can 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 functioning characteristics, described above, it can be clearly noted that the ARRANGEMENT INTRODUCED INTO AN INTERNAL DUCT APPARATUS TO A TRANSFORMER FOR MONITORING, it is a new apparatus for the State of the Art which it covers of unprecedented conditions of innovation, inventive act and industrialization, which make it deserve the Privilege of Utility Model Patent.

Claims

1 - ARRANGEMENT INTRODUCED IN INTERNAL DUCT APPARATUS 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 installation of sensor probes, characterized by being formed by an infrastructure of internal ducts to the transformer (1) for accessing 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 electrical power transformer with variable distances from the flange to the monitoring point for each desired point; said ducts are terminated in flanges (2), preferably standardized flanges, connecting with the ducts (1) containing a diaphragm or a sealing plug; said flanges (2) being arranged on an end panel (4) strategically located on the transformer tank housing for the installation and removal of monitoring apparatus at any time; said pipelines forward the monitoring sensor probes to the points of interest inside the transformer (3) and ensure their physical integrity throughout their useful life; said monitoring sensor 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.