BRPI0910085B1 - sistema de controle da atmosfera gasosa de gás inerte para transformadores de potência de energia elétrica com isolantes líquidos - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE MONITORAMENTO E CONTROLE AUTOMÁTICO DA ATMOSFERA GASOSA EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA COM ISOLANTES LÍQUIDOS, COM SUPERVISÃO E ALARMES REMOTOS DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO. Trata-se de um sistema capaz de monitorar e controlar continuamente e de forma automática a pressão do gás inerte no colchão(3) de gás contido em um transformador(l) elétrico de potência de forma a mantê-la estável e mais elevada que a pressão atmosférica. Todo o sistema é controlado eletronicamente, quando a pressão aumenta acima de um valor pré-definido o gás é sugado por uma câmara de vácuo(45) conectada a um compressor(47), e quando diminui abaixo de um valor também pré-definido, o mesmo é injetado pelo acumulador de gás inerte (52) através da válvula reguladora de pressão(50) que o injeta com uma pressão constante e limitada, aumentando-a. O sistema monitora através de um controlador lógico programável(28) a pressão, temperatura e a umidade do gás inerte, bem como a temperatura do isolante líquido(2) e as grandezas elétricas demandadas pelo transformador(l). O sistema é supervisionado por uma central de gerenciamento(33) que se comunica através da rede global de comunicação(31) para receber as informações monitoradas, de controle e alarmes, podendo também operar manualmente (...).

Description

A presente patente de invenção refere-se a um sistema capaz de monitorar e controlar continuamente e de forma automática a pressão do gás inerte, em geral nitrogênio, do colchão de gás contido em transformadores elétricos de potência instalados em subestações de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, de forma a mantê- la estável e mais elevada que a pressão atmosférica; tanto a pressão do gás como outras grandezas físicas dos transformadores são também supervisionados remotamente por uma central de gerenciamento, onde são sinalizadas as condições de operação e os alarmes pré-programados, essa central de gerenciamento pode também atuar a qualquer momento nos controles do sistema instalados junto aos transformadores.

Colchões de gases, normalmente de nitrogênio, com o intuito de inibir o contato do líquido isolante do transformador, normalmente óleo, com o ar atmosférico, há alguns anos são utilizados nos transformadores elétricos de potência das subestações. Nesses arranjos os gases gerados no interior dos transformadores se distribuem entre as fases líquida e gasosa e são impedidos de contaminar a atmosfera, de forma inversa, os gases, a água e as partículas atmosféricas são também impedidas de contaminar o líquido isolante dos transformadores.

Em que pese ainda a tímida utilização desse tipo de arranjo em transformadores elétricos de potência, alguns inconvenientes podem lhe ser atribuídos como a degradação do líquido isolante pela contaminação, ainda que menor que nos sistemas convencionais existentes sem bolsões de gases inertes, causadas por partículas de água e de contaminantes atmosféricos, gerado por falhas no preciso e necessário controle da pressão do gás inerte do bolsão, em função da inadequada compressão do gás; nesses sistemas durante as elevações na pressão do gás inerte o mesmo é descartado no meio ambiente gerando poluição atmosférica pela presença de contaminantes oriundos do líquido isolante e das partículas formadas nas partes sólidas isolantes do transformador.

Outro problema observado no atual sistema é que normalmente nas subestações elétricas onde encontram-se instalados os transformadores elétricos de potência com bolsões de gases não existem operadores presentes, e quando, da ocorrência de grandes falhas de operação na manutenção da pressão do gás, mesmo que sinalizadas remotamente, o tempo de recuperação dessas falhas ficam a desejar, causando a contaminação do líquido isolante do transformador e conseqüentemente gastos com filtragens do líquido isolante, comprometimento de operação do transformador e redução de sua vida útil.

Em pesquisa no banco de patentes do Instituto Nacional da Propriedade Industrial - INPI não foi encontrada nenhuma patente que aborda os bolsões de gases inertes em transformadores de potência, no entanto, destacam-se as patentes que apresentam aspectos relacionados àao campo de aplicação da invenção ora apresentada: PI0502384-0A2 que utiliza um sistema e método de monitoração e controle da condição de operação de um transformador de potência através de uma estação central e processamento de dados, através da medição contínua dos parâmetros de um transformador de potência, armazenando-os somente quando as medições não estiverem dentro de uma faixa de valores previamente determinadas; PI8303226-6B1, PI8101828-2B1 e PI7907159-7B1 que referem-se a transformadores isolados por gases sob pressão com o intuito única e exclusivamente de aumentar o nível de isolamento elétrico entre as carcaças e os enrolamentos dos transformadores; e a patente PI9003687-5A2 que compreende um dispositivo microprocessado instalado junto ao transformador de força com a finalidade de monitorar a temperatura do óleo isolante e dos enrolamentos e controlá-las através de ventilação forçada.

Tendo em vista os problemas apresentados nos colchões de gás inerte existentes nos transformadores elétricos de potência e no propósito de superá-los é que na presente invenção foi desenvolvido um sistema baseado em uma nova configuração de elementos eletromecânicos, elétricos e eletrônicos capazes de monitorar e controlar a pressão do gás contido no bolsão, sensores que medem permanentemente a pressão do gás inerte, a temperatura do líquido isolante, a umidade no interior do transformador e as grandezas elétricas demandadas pelo transformador, cujos registros são processados por microprocessadores eletrônicos e armazenados em memórias; agregado a esse conjunto existe um sistema de comunicação remota que se comunica com a central de gerenciamento, normalmente instalada no centro de operações da empresa, que faz a supervisão em tempo real das operações e controles do bolsão, e que possibilita ao seu operador intervir de forma remota nos controles caso necessário, nesta central também são criados históricos das medições, das operações e dos controles do sistema junto ao bolsão, bem como gerados alarmes pré-programados, capazes de sinalizar ao operador junto à central de gerenciamento ou à distância as ocorrências anormais.

As novas funcionalidades aliadas aos aspectos dos elementos que constituem o novo conjunto controlador de pressão do gás inerte do bolsão do transformador elétrico de potência possibilita a obtenção de um sistema inédito capaz de monitorar e controlar a pressão do gás com precisão, garantindo a eficácia na manutenção da qualidade do líquido isolante do transformador, bem como da segurança de operação e da vida útil do transformador elétrico de potência.

O Sistema de Monitoramento e Controle Automático da Atmosfera Gasosa em Transformadores de Potência de Energia Elétrica com Isolantes Líquidos, com Supervisão e Alarmes Remotos das Condições de Operação, assim como sua operação, podem ser perfeitamentes compreendidos através da seguinte descrição detalhada e dos desenhos em anexo, nos quais:

A figura 1 mostra o croqui de uma instalação semelhante às atualmente em uso em um transformador elétrico de potência com sistema de selagem com gás inerte com pressão controlada automaticamente.

A figura 2 mostra o diagrama de blocos de todo o novo sistema desenvolvido para a patente de invenção ora apresentada.

A figura 3 mostra o croqui do conjunto de monitoramento e controle da pressão do gás inerte.

A figura 4 mostra o diagrama de operação do sistema no modo desligado.

A figura 5 mostra o diagrama de operação do sistema no modo ligado e fora de serviço.

A figura 6 mostra o diagrama de operação do sistema no modo ligado e em operação.

A figura 7 mostra o diagrama de blocos simplificado do controlador lógico programável, do conjunto eletrônico e da central de gerenciamento do sistema.

A figura 8 mostra o diagrama do fluxo de dados simplificado no processo de comunicação entre o conjunto eletrônico e a central de gerenciamento normalmente instalada no centro de operações da empresa que gerencia o transformador elétrico de potência.

A figura 9 mostra o diagrama do fluxo de dados simplificado da seqüência de operações realizadas pelo microprocessador do conjunto eletrônico.

A figura 10 mostra o diagrama simplificado do fluxo de dados entre o conjunto eletrônico e a central de gerenciamento.

A figura 11 mostra a foto onde encontra-se desmontado o conjunto formado pelos sensores de temperatura e umidade do gás inerte, os respectivos comformadores de sinais e a câmara de gás onde ambos são embutidos.

A figura 12 mostra a foto da câmara de gás fechada com os sensores de temperatura e umidade do gás inerte em seu inetrior.

A figura 13 mostra a foto da bancada do laboratório onde encontram-se os conformadores de sinais dos sensores de temperatura e unidade do gás inerte sendo ajustados.

A figura 14 mostra a foto do medidor de energia elétrica utilizado para medição do transformador elétrico de potência.

A figura 15 mostra o croqui da estrutura que abriga os principais componentes do sistema.

A figura 16 mostra a foto do painel de controle da estrutura que abriga os principais componentes do sistema.

A figura 17 mostra a foto do painel frontal da estrutura que abriga os principais componentes do sistema.

Na foto da figura 18 pode-se visualizar montado o painel de controle da estrutura que abriga os principais componentes do sistema.

A figura 19 mostra a foto vista por trás do painel frontal da estrutura que abriga os principais componentes do sistema.

Na foto da figura 20 pode-se visualizar quatro estruturas que abrigam os principais componentes do sistema sendo testadas no laboratório.

De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, na figura 1 pode-se observar o croqui de uma instalação semelhante às atualmente em uso em um transformador(l) elétrico de potência com isolamento a isolante líquido(2) e sistema de selagem com colchão(3) de gás inerte, normalmente nitrogênio, com pressão controlada automaticamente; nesse tipo de sistema a pressão do colchão(3) de gás inerte interno ao transformador(l) é mantida mais elevada que a pressão atmosférica pelo gás de mesma natureza fornecido por uma garrafa(lO) de gás inerte instalada extemamente ao transformador(l), quando o isolante líquido(2) aquece expandindo-se junto com ele expande o colchão(3) de gás inerte e o excesso de pressão é aliviado pelo diafragma de sobre-pressão(4), de forma inversa quando o isolante líquido(2) se contrai junto com ele contrai também o colchão(3) de gás inerte, reduzindo sua pressão, neste momento o alarme de subpressão(8) conectado à válvula de exaustão(7) é acionado, abrindo a válvula de controle(9) normalmente fechada, de forma a permitir que a garrafa(lO) injete gás inerte no colchão(3) aumentando novamente sua pressão, no sistema existe ainda o manômetro(ó) que possibilita ao operador visualizar a pressão do colchão(3) de gás inerte e os registros(5) que fazem a conexão entre os elementos do sistema, permitindo que partes desse sejam isoladas durante as manutenções. A eficácia de controle da pressão do colchão(3) de gás inerte depende das sensibilidades do diafragma de sobrepressão(4) e do alarme de subpressão(8), o excesso de gás inerte aliviado é descartado no meio ambiente poluindo-o, com as partículas contaminantes do isolante líquido(2) e das partículas formadas nas partes sólidas isolantes do transformador(l) elétrico de potência.

Na figura 2 pode-se observar o diagrama de blocos completo do Sistema de Monitoramento e Controle Automático da Atmosfera Gasosa em Transformadores de Potência de Energia Elétrica com Isolantes Líquidos, com Supervisão e Alarmes Remotos das Condições de Operação, nele pode-se visualizar que o transformador(l) elétrico de potência com isolante líquido(2) é selado pelo colchão(3) de gás inerte, normalmente nitrogênio, o gás inerte circula pelo conjunto de monitoramento e controle(ll) do gás mantendo sua pressão constante em função das medições realizadas pelo sensor de pressão do colchão(12) e adequado pelo conformador de sinal do sensor de pressão do colchão(20), pelo sensor de temperatura do gás(13) e adequado pelo conformador de sinal do sensor de temperatura do gás(21), pelo sensor de umidade do gás(14) e adequado pelo conformador de sinal do sensor de umidade do gás(22) e pelo sensor de pressão do acumulador de gás(15) inerte e adequado pelo conformador de sinal do sensor de pressão do acumulador de gás(23), um sensor de temperatura do compressor(ló) adequado pelo conformador de sinal do sensor de temperatura do compressor(24) e monitorado para que quando sobreaquecido o compressor, uma ventilação forçada seja acionada de forma a manter a eficiência da compressão; o sinal do sensor de temperatura do óleo do transformador(17) é adequado pelo conformador de sinal do sensor de temperatura do óleo do transformador(25), os sinais de tensões provenientes dos transformadores de potencial(18) e de correntes provenientes dos transformadores de corrente(19) são inseridos no medidor de energia elétrica(26), que após processados são disponibilizados na interface amplificadora ótica(27); após as respectivas conformações os sinais provenientes dos sensores são processados pelo controlador lógico programável(28) capaz de controlar o conjunto de monitoramento e controle(ll) e manter constante a pressão do gás inerte no colchão(3). Todas as grandezas monitoradas pelo controlador lógico programável(28) e contidas nos registradores internos do medidor de energia elétrica(26) são recebidas e processadas pelo conjunto eletrônico(29) microprocessado, que irá transmiti-las através do modem(30) de telefonia celular tipo GSM - Sistema Global para Comunicações Móveis / GPRS - Serviço de Rádio de Pacote Geral, via rede global de comunicação(31). Junto ao centro de operação da empresa de energia elétrica que opera o transformador(l) elétrico de potência existe a central de gerenciamento(33) também microprocessada que recebe através do modem da central de gerenciamento(32) as informações coletadas e processadas no conjunto eletrônico(29) para que após armazenadas possam gerar históricos e alarmes pré-programados.

Na figura 3 pode-se visualizar o croqui do conjunto de monitoramento e controle(ll) da pressão do gás inerte, conectado ao colchão(3) de gás inerte no interior do tanque de expansão(34) do transformador(l) elétrico de potência há a válvula de segurança(35), acionada pela válvula de controle(36) normal mente aberta, que assegura a não ultrapassagem da pressão do gás contido no colchão(3) acima de 30 mbar e conectada ao filtro dessecador de sílica-gel(37) que consiste de um recipiente com sílica-gel, uma substância sólida desidratante, que retém a umidade existente no gás inerte. Conectado ao bolsão(3) existe também a câmara de sensoriamento(38) onde encontra-se instalado o sensor de pressão do colchão(12) e a câmara de gás(40) controlada pelas válvulas de controle(39) e (40), onde encontram-se instalados o sensor de temperatura do gás(13) e o sensor de umidade do gás(14), as características do gás no interior da câmara de gás(40) são as mesmas que as existentes no colchão(3). Existe ainda nesse conjunto uma câmara de vácuo(45), com o vacuômetro(46), que conectada ao compressor(47) e à válvula de controle(44) normalmente fechada são responsáveis pela sucção do gás contido no colchão(3) quando sua pressão aumenta acima de um valor pré-definido, nesse momento o gás sugado atravessa o filtro secador à peneira molecular(42), capaz de reter as partículas contaminantes e a umidade existentes no isolante líquido(2) do transformador(l) dissolvidas no gás, e o filtro condensado(49) capaz de reter as substâncias condensadas, normalmente as gotículas de água e óleo existentes no gás, a fim de não contaminar o acumulador de gás inerte(52) que irá receber o gás sugado do colchão(3) de gás inerte, todo esse conjunto da grande precisão de controle da pressão do gás quando a mesma precisa ser reduzida. Quando a pressão do gás no colchão cai abaixo de um valor pré-definido as válvulas de controle(43) e (44)operam de forma a conectar o acumulador de gás inerte(52) através da válvula reguladora de pressão(50) que regula a pressão do gás injetado em 28 mbar, aumentando a pressão do colchão(3) até um valor pré-definido. Junto ao compressor(47) existe um termostato ajustado em 38°C que comanda a ventilação forçada(48) de modo a impedir a queda de eficiência de operação do sistema quando o compressor(39) sobreaquece, bem como o sensor de temperatura do compressor(ló). Junto ao acumulador de gás inerte(52) existe o sensor de pressão do acumulador de gás(15), e a válvula de controle(54) normalmente fechada que pode acionar o purgador automático(53) capaz de separar e eliminar os líquidos condensados no interior do acumulador de gás inerte(52) sem deixar que o gás escape ao meio ambiente(55); é pelo ponto de recarga(51) que o acumulador de gás inerte(52) é recarregado.

A figura 4 mostra o diagrama de operação do sistema no modo desligado, nessa situação o sistema encontra-se desenergizado(56) seja por falta de energia elétrica ou por motivos de manutenção, a válvula de segurança(35) está em operação(57), acionada pela válvula de controle(36) normalmente aberta, permitindo a passagem do gás através do filtro dessecador de sílica-gel(37) caso sua pressão atinja o valor de 30 mbar; nesta condição o colchão(3) “respira” naturalmente(58) pelo filtro dessecador de sílica-gel(37) quando sua pressão aumenta acima dos 30 mbar, e pelo circuito formado pelo acumulador de gás inerte(52), a válvula reguladora de pressão(50), a válvula de controle(43) normalmente fechada e pelo filtro secador a peneira molecular(42) quando sua pressão diminui abaixo de 28 mbar, observe que nessa situação a pressão do colchão deve encontrar-se entre a pressão imposta pela válvula reguladora de pressão(42) de 28 mbar e a pressão máxima imposta pela válvula de segurança(35) de 30 mbar.

A figura 5 mostra o diagrama de operação do sistema no modo ligado e fora de serviço, nessa situação o sistema encontra-se energizado(59), e respirando do mesmo modo que da operação do sistema no modo desligado, ou seja, a válvula de segurança(35) está em operação(57), e o colchão(3) respirando naturalmente(58); no entanto, todos os controles eletrônicos estão energizados(óO), o sistema de monitoramento ativo de forma a permitir que as grandezas oriundas dos sensores sejam monitoradas(ól), que os ajustes das variáveis(62) a serem controladas possam ser parametrizados, e a transmissão dos dados coletados transmitidos(63) ativada via o modem(30) e o modem da central de gerenciamento(32) à central de gerenciamento(33); nessa situação ainda o conjunto câmara de vácuo(45), compressor(47) e válvulas de controles(43) e (44) podem ser operadas de forma manual(64).

A figura 6 mostra o diagrama de operação do sistema no modo ligado e em operação, nessa situação o sistema encontra-se energizado(59), a válvula de segurança(35) está fora de operação(65), e o colchão(3) respirando de modo forçado(66) pelo sistema de monitoramento e controle(ll). Todo o sistema está em processo habilitado(67) de operação, realizando o controle da pressão(68) do colchão(3) de gás inerte através do conjunto câmara de sensoriamento(38) e sensor de pressão do colchão(12), supervisão da pressão(69) do acumulador de gás inerte(52) através do sensor de pressão do acumulador de gás(15) que pode ser injetado através da válvula reguladora de pressão(50), supervisão e controle da geração de vácuo(70) no conjunto câmara de vácuo(45), vácuômetro(38), compressor(47), sensor de temperatura do compressor(ló) e válvulas de controles(43) e (44), e a supervisão da temperatura e umidade do gás(71) conjunto formado pela câmara de gás(40) o sensor de temperatura do gás(13), o sensor de umidade do gás(14) e as válvulas de controle(39) e (41). Quando todo o sistema está no modo ligado e em operação, o sistema ainda supervisiona as condições operativas do transformador(72) elétrico de potência através da aquisição dos dados oriundos do sensor de temperatura do óleo do transformador(17), dos transformadores de potencial( 18) e dos transformadores de corrente(19) nas fases de entrada do transformador(l) elétrico de potência.

A figura 7 mostra o diagrama em blocos simplificado formado pelo controlador lógico programável(28) e pelo conjunto eletrônico(29) responsáveis pelos processamentos dos sinais provenientes dos sensores(12) (13) (14) (15) (16) e (17) e do medidor de energia elétrica(26). O controlador lógico programável(28) possui a interface de entrada(75) onde são recebidas as variáveis de entrada, sinais externos oriundos das medições dos sensores, a interface de saída(76) onde são conectadas as válvulas de controle(36) (39) (41) (43) e (44) do sistema de monitoramento e controle( 11), o display (81) e uma saída serial por onde saem as informações ao conjunto eletrônico(29) também microprocessado. O controlador lógico programável(28) possui uma estrutura similar às arquiteturas dos computadores digitais, formado basicamente pela unidade central de processamento(77) onde encontram- se o processador(78), o banco de memória(79), tanto para os dados como para os programas e o barramento de interligação(80) por onde circulam os sinais de controle, endereçamento de memória e fluxo de dados, neste barramento de interligação(80) existe ainda um conector de comunicação(82) capaz de se interligar com um microcomputador tipo PC; o principio básico de funcionamento do controlador lógico programável(28) é a execução pela unidade central de processamento(77) de um programa, denominado de “executivo” de responsabilidade do fabricante do controlador lógico programável(28) que realiza as ações de leitura da interface de entrada(75), executa o programa de controle do usuário e atualiza a interface de saída(76), o “executivo” realiza uma seqüência específica de instruções selecionadas de um conjunto de operações oferecidas pelo fabricante do controlador lógico programável(28) em uso e, que irão efetuar as ações de controles desejadas, ativando ou não o banco de memória(79) e a interface de saída(76) a partir da monitoração do estado do banco de memória(79) e/ou das informações coletadas na interface de entrada(75). O conjunto eletrônico(29) tem como função básica receber os dados oriundos do controlador lógico programável(28) e do medidor de energia elétrica(26) ambos integralizados em períodos de 5 minutos, armazenando-os e posteriormente a cada 1 hora enviando-os à central de gerenciamento(33). Toda a inteligência de processamento do conjunto eletrônico(29) é feita pelo microprocessador(83), esse em função do programa instalado na memória regravável tipo EEPROM(86) faz cíclicas solicitações, a cada 15 minutos, tanto ao controlador lógico programável(28) como ao medidor de energia elétrica(26) de forma a receber os dados dos últimos intervalos de integração, ainda não armazenados no banco de memórias de dados(87) do conjunto eletrônico(29), além desses encontram-se também armazenados no banco de memórias de dados(87) os sinais de comandos para as válvulas de controle internas ao sistema de monitoramento e controle(l 1), e de alarmes registrados em função de valores pré-programados no controlador lógico programável(28) pela central de gerenciamento(33). O conjunto eletrônico(29) normalmente comunica com a central de gerenciamento(33) a cada 1 hora através do modem(30) e do modem da central de gerenciamento(32) de telefonia celular tipo GSM/GPRS via rede global de comunicação(31), exceto quando das ocorrências de alarmes, que a comunicação se dá instantaneamente, ou quando solicitada de forma manual pela central de gerenciamento(33). No conjunto eletrônico(29) há duas entradas seriais(84) e (85) capaz de receber os sinais do controlador lógico programável(28) e da interface amplificadora ótica(27) respectivamente. Existe ainda junto do controlador lógico programável(28) e do conjunto eletrônico(29) a fonte de alimentação(88) responsável para fornecer as tensões de alimentação a todos os circuitos eletrônicos, interfaces, sensores e conformadores de sinais do sistema.

A figura 8 mostra o diagrama do fluxo de dados simplificado no processo de comunicação entre o conjunto eletrônico(29) e a central de gerenciamento(33) normalmente instalada no centro de operações da empresa que gerencia o transformador( 1) elétrico de potência. As informações referentes às grandezas medidas pelos sensores(12) (13) (14) (15) (16) e (17), pelo medidor de energia elétrica(26) e relativas aos comandos enviados pelo controlador lógico programável(28) às válvulas de controle(36) (39) (41) (43) e (44) é disponibilizada a cada 1 hora na central de gerenciamento(33) e armazenada no banco de dados do sistema(89), os alarmes pré- programados pela central de gerenciamento(33) quando ocorrem são imediatamente sinalizados na central de gerenciamento(33) e também armazenados no banco de dados do sistema(90) e enviados na forma de mensagens eletrônicas pré-definidas ao operador. De forma inversa questionamentos relativos aos dados medidos pelos sensores(12) (13) (14) (15) (16) e (17), pelo medidor de energia elétrica(26) e aos comandos enviados pelo controlador lógico programável(28) às válvulas de controle(36) (39) (41) (43) e (44) podem ser realizados a qualquer tempo pela central de gerenciamento(33). O software(88) implementado no microprocessador(83) do conjunto eletrônico(29) e o software(89) implementado na central de gerenciamento(33) é que controlam as comunicações entre ambos e tem as regras baseadas em protocolo de comunicação específico conhecido como TCP/IP - Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Interconexão usado pela rede global de comunicação(31) no entanto, tecnicamente poderão ser programados nesses softwares outros protocolos de comunicação para outras redes.

No diagrama do fluxo de dados simplificado da figura 9 pode-se ver a seqüência de operações realizadas pelo microprocessador(83) do conjunto eletrônico(29), cuja rotina é armazenada na memória regravável tipo EEPROM(86). O microprocessador(83) a cada 1 hora(91) copia do banco de memória(79) do controlador lógico programável(28) as informações armazenadas em intervalos de 5 minutos, e posteriormente a 1 minuto(94) as informações da memória de massa do medidor de energia elétrica(26); é verificada a consistência(97) de cada arquivo recebido e caso esteja correta o respectivo arquivo é enviado(99) à central de gerenciamento(33), caso seja verificada a não consistência(97) em algum dos arquivos o mesmo é novamente copiado até que sua consistência(93) esteja correta e enviado à central de gerenciamento(33), e assim sucessivamente. Caso seja verificada a não consistência(97) de um mesmo arquivo por 5 vezes consecutivas(98) é enviado um alarme de inconsistência(100) à central de gerenciamento(33). As portas tipo E(93) e (95) e as portas tipo OU(92) e (96) realizam as funções lógicas no fluxo simplificado do microprocessador(83).

A figura 10 mostra o diagrama simplificado do fluxo de dados entre o conjunto eletrônico(29) e a central de gerenciamento(33), as informações contidas no banco de memória(79) do controlador lógico programável(28) e na memória de massa do medidor de energia elétrica(26) são enviadas pelo microprocessador(83) do conjunto eletrônico(29) a cada 1 hora à central de gerenciamento(33). O microprocessador(83) após processar intemamente estas informações envia ao módulo funcional gerenciar(lOl) que direciona-os ao módulo enviar pacotes(102); esse módulo por sua vez obedecendo o protocolo especificado TCP/IP, repassa as informações ao módulo funcional montar pacote(103), nesse instante a solicitação ainda não tem o CCR - Código Cíclico de Redundância, que será calculado pelo módulo calcular CCR(104); após os cálculos do CCR serem efetuados no módulo calcular CCR(104), o módulo funcional montar pacote(103) devolve o pacote montado ao módulo enviar pacotes(102) que o envia ao módulo gerenciar(lOl) e conseqüentemente à central de gerenciamento(33) através do modem(30) e modem da central de gerenciamento(32). De forma inversa, quando o microprocessador(83) responde às solicitações da central de gerenciamento(33), o módulo funcional receber pacote(106) trata a resposta e solicita que o módulo desmontar pacote(105) o abra e solicite o cálculo do CCR no módulo calcular CCR(104) verificando a validade dos dados, após a resposta do módulo calcular CCR(104), se válido o pacote desmontado é então devolvido ao módulo funcional receber pacote(106), que por sua vez passa os dados recebidos e validados ao módulo gerenciar(lOl) para que este possa responder à central de gerenciamento(33). Se não válido o pacote desmontado, o módulo desmontar pacote(105) avisa a irregularidade ao módulo funcional receber pacote(106) que por sua vez repassa a informação ao módulo gerenciar(lθl) para que esse possa responder à central de gerenciamento(33) e essa se desejar repetir a solicitação. A central de gerenciamento(33) é um microcomputador tipo PC que possui um software(89) específico para envio de comandos de leitura das informações contidas no banco de memória(79) do controlador lógico programável(28) e na memória de massa do medidor de energia elétrica(26) e que de forma inversa pode também receber e armazenar as informações oriundas do microprocessador(83) no banco de dados(90). A comunicação de dados entre a central de gerenciamento(33) e o microprocessador(83) se dá através de uma interface serial tipo RS232 instalada no interior do microcomputador tipo PC e de um modem da central de gerenciamento(32) tipo GSM/GPRS através da rede global de comunicação(31) e o modem(30) junto ao conjunto eletrônico(29).

A figura 11 mostra a foto onde encontra-se desmontado o conjunto formado pelo sensor de temperatura do gás(13), sensor de umidade do gás(14), conformador de sinal do sensor de pressão do colchão(20), conformador de sinal do sensor de temperatura do gás(21) e a câmara de gás(40).

A figura 12 mostra a foto da câmara de gás(40) onde encontram-se montados intemamente o sensor de temperatura do gás(13) e o sensor de umidade do gás(14), na parte inferior da câmara de gás(40) encontra-se uma caixa plástica e no seu interior o conformador de sinal do sensor de pressão do colchão(20) e o conformador de sinal do sensor de temperatura do gás(21) inerte.

A figura 13 mostra a foto da bancada do laboratório onde encontram-se os conformadores de sinais dos sensores de temperatura e unidade do gás inerte sendo ajustados. As leituras destes são colhidas no medidor padrão de temperatura e umidade(107) que são comparadas com as leituras mostradas no controlador lógico programável(28) instalado no painel frontal(108), onde existe um algoritmo para ajuste e conversão dos valores de temperatura e umidade do gás inerte sob medição.

A figura 14 mostra a foto do medidor de energia elétrica(26) utilizado para medição do transformador(l) elétrico de potência que acumula em sua memória de massa as informações integralizadas em períodos de 5 minutos de tensão, corrente e calcula através de cálculos matemáticos as energias ativas, reativas e aparentes; o medidor utilizado no sistema possui uma saída de comunicação serial que segue o protocolo de comunicação padronizado pela norma ABNT 14522 - Intercâmbio de informações para sistemas de medição de energia elétrica - Padronização, que comunica através da interface amplificadora ótica(27) com o conjunto eletrônico(29). Na foto pode ser vista a cabine de medição(109), a caixa de medição(HO), a caixa onde se localiza a interface amplificadora ótica(lll), os eletrodutos de potencial(112) por onde passam os cabos oriundos dos transformadores de potencial(18), os eletrodutos de corrente(113) por onde passam os cabos oriundos dos transformadores de corrente(19), a tomada de fôrça(114) para alimentação de aparelhos de testes e o cabo blindado(115) de saída da interface amplificadora ótica(27).

A figura 15 mostra o croqui da estrutura que abriga os principais componentes que constituem o sistema de monitoramento e controle automático da atmosfera gasosa em transformadores de potência de energia elétrica com isolantes líquidos, com supervisão e alarmes remotos das condições de operação, nele pode-se visualizar de forma destacada o acumulador de gás inerte(52), de nitrogênio mantido com pressão em tomo de 6 a 8 bar (baixa pressão), a câmara de vácuo(45) formada por um cilindro reservatório com capacidade de 8 litros, o ponto de recarga(51) por onde se faz a recarga do gás inerte, o painel de controle(lló) e dentro dele o compressor(47), o filtro secador à peneira molecular(42), o controlador lógico programável(28), o modem(30) GSM/GPRS, o protetor de surto e sobretensão(109) e a válvula reguladora de pressão(50) que regula a pressão em 28 mbar; pode-se visualizar também os pés de sustentação(117) do conjunto e o cabo de fôrça de alimentação elétrica(l 18).

A figura 16 mostra a foto do painel de controle(lló) onde pode-se visualizar: a fonte de alimentação(88) responsável para fornecer as tensões de alimentação a todos os circuitos eletrônicos, interfaces, sensores e conformadores de sinais, a régua de bomes(119), reles de comando(120), o protetor de surto e sobretensão(109), a válvula reguladora de pressão(50), o filtro condensado(49) capaz de reter as substâncias condensadas, normalmente as gotículas de água e óleo existentes no gás, a válvula de segurança(35), que assegura a não ultrapassagem da pressão do gás contido no colchão(3) acima de 30 mbar quando o sistema está desligado ou ligado mas fora de serviço, o sensor de pressão do acumulador de gás( 15), a válvula de controle(44) que trata- se de uma válvula bidirecional para controle de vácuo de alta pressão, o compressor(47), o capacitor(121) que compensa o baixo fator de potência do motor do compressor(47), o filtro secador à peneira molecular(42), a ventilação forçada(48), o sensor de pressão do colchão(12) e o bloco onde encontra-se a câmara de sensoriamento(38).

A figura 17 mostra a foto do painel frontal(108), onde pode-se visualizar: o painel do controlador lógico programável(28) e o seu display(81), o disjuntor geral(122) que energiza todo o painel e a chave seletora de funções(123) que seleciona a operação do sistema nos modos desligado, ligado e fora de serviço e ligado e em operação.

Na foto da figura 18 pode-se visualizar montado no painel de controle(116) o modem(30) GSM/GPRS e o conector de comunicação(82) capaz de interligar o barramento de interligação(80) do controlador lógico programável(28) com um microcomputador tipo PC para a realização de carga de programas, parametrizações e testes.

A figura 19 mostra a foto vista por trás do painel frontal(108) onde pode-se visualizar: a chave seletora de funções(123), o conjunto eletrônico(29), o controlador lógico programável(28) e o conector de comunicação(82).

Na foto da figura 20 pode-se visualizar quatro estruturas onde abrigam-se as principais partes do sistema, os painéis de controle( 116), os acumuladores de gás inerte(52) de nitrogênio e as câmaras de vácuo(45).

O sistema aqui descrito, objeto da presente patente de invenção, pode ter a construção de seus elementos básicos constituintes em diferentes materiais e tamanhos, bem como diferentes configurações acessórias conforme a necessidade de cada cliente. Logicamente outras alterações podem ser feitas no projeto do “SISTEMA DE CONTROLE DA ATMOSFERA GASOSA DE GÁS INERTE PARA TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA COM ISOLANTES LÍQUIDOS” sem a perda da inovação aqui apresentada.

Claims (4)

1. “SISTEMA DE CONTROLE DA ATMOSFERA GASOSA DE GÁS INERTE PARA TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA COM ISOLANTES LÍQUIDOS”, composto por um transformador( 1) elétrico de potência com isolamento a isolante líquido(2), um sistema de selagem com colchão(3) de gás inerte, normalmente nitrogênio, cuja pressão é aliviada pelo diafragma de sobre-pressão(4) e seu gás reposto pela garrafa(lO) de gás inerte, a pressão do colchão(3) de gás inerte é feita pelo sensor de pressão do colchão(12), a temperatura do gás inerte é obtida pelo sensor de temperatura do gás(13) e a umidade do gás inerte pelo sensor de umidade do gás(14), a temperatura do isolante líquido(2) é feita pelo sensor de temperatura do óleo do transformador(17) e o carregamento do transformador(l) pelo medidor de energia elétrica(26), caracterizado por as informações da pressão do colchão(3) do gás inerte, da temperatura do gás inerte, da umidade do gás inerte, da pressão do acumulador de gás inerte(52) medida pelo sensor de pressão do acumulador de gás(l 5) e da temperatura do compressor(47) medida pelo sensor de temperatura do compressor(ló) serem monitoradas e após processadas pelo controlador lógico programável(28) realizar o controle da pressão do colchão(3) nas faixas de operação especificadas, bem como a sua secagem.

2. “SISTEMA DE CONTROLE DA ATMOSFERA GASOSA DE GÁS INERTE PARA TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA COM ISOLANTES LÍQUIDOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conjunto de monitoramento e controlei 11) composto por uma válvula de segurança(35) acionada pela válvula de controle(36) normalmente aberta que assegura a não ultrapassagem da pressão do gás contido no colchão(3) acima de um dado valor, ser conectada ao filtro dessecador de sílica-gel(37) que retém a umidade existente no gás inerte, uma câmara de sensoriamento(38) onde encontra-se instalado o sensor de pressão do colchão(12), a câmara de gás(40) controlada pelas válvulas de controle(39) e (40) onde encontram-se instalados o sensor de temperatura do gás(13) e o sensor de umidade do gás(14), uma câmara de vácuo(45), conectada ao compressor(47) e a válvula de controle(44) normalmente fechada que são responsáveis pela sucção do gás contido no colchão(3) quando sua pressão aumenta acima de um valor pré-definido, um vacuômetro(46), um filtro secador à peneira molecular(42), que retém as partículas contaminantes e a umidade existentes no isolante líquido(2) do transformador(l) dissolvidas no gás inerte, o filtro condensado(49) que retém as substâncias condensadas no gás, a fím de não contaminar o acumulador de gás inerte(52) que irá receber o gás sugado do colchão(3), o acumulador de gás inerte(52), o sensor de pressão do acumulador de gás(15), as válvulas de controle(43) e (44) e a válvula reguladora de pressão(50) que regula a pressão do gás injetado em um valor limitado de forma a aumentar a pressão do colchão(3) de gás inerte quando a mesma cai abaixo de um valor pré-definido aumentando-a, um termostato ajustado em uma dada temperatura que comanda a ventilação forçada(48) de modo a impedir a queda de eficiência de operação do sistema quando o compressor(39) sobreaquece, o sensor de temperatura do compressor(ló), a válvula de controle(54) normalmente fechada que aciona o purgador automático(53) capaz de separar e eliminar os líquidos condensados no interior do acumulador de gás inerte(52) sem deixar que o gás escape ao meio ambiente(55) e o ponto de recarga(51) por onde o acumulador de gás inerte(52) é recarregado.

3. “SISTEMA DE CONTROLE DA ATMOSFERA GASOSA DE GÁS INERTE PARA TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA COM ISOLANTES LÍQUIDOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um controlador lógico programável(28) que recebe os sinais do sensor de pressão do colchão(12) e adequado pelo conformador de sinal do sensor de pressão do colchão(20), do sensor de pressão do acumulador de gás(15) inerte e adequado pelo conformador de sinal do sensor de pressão do acumulador de gás(23), do sensor de temperatura do compressor(ló) e adequado pelo conformador de sinal do sensor de temperatura do compressor(24), que após processados peto controlador lógico programável(28) são armazenados no banco de memória(79) e controlam o conjunto de monitoramento e controle(ll) de forma a manter constante a pressão do gás inerte no colchão(3).

4. “SISTEMA DE CONTROLE DA ATMOSFERA GASOSA DE GÁS INERTE PARA TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA DE ENERGIA ELÉTRICA COM ISOLANTES LÍQUIDOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um conjunto eletrônico(29) que recebe os sinais seriais oriundos do controlador lógico programável(28) que os envia através do modem(30) de telefonia celular tipo GSM - Sistema Global para Comunicações Móveis / GPRS - Serviço de Rádio de Pacote Geral, via rede global de comunicação(31) ao modem da central de gerenciamento(32) junto à central de gerenciamento(33); o conjunto eletrônico(29) recebe também os questionamentos e as ordens de comando oriundas da central de gerenciamento(33) processa-as e envia-as ao controlador lógico programável(28), o software(88) implementado no microprocessador(83) do conjunto eletrônico(29) e o software(89) implementado na central de gerenciamento(33) é que controlam as comunicações entre ambos.

Images