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Title:
INTEGRATED SYSTEM FOR CONTROL, SUPERVISION AND MONITORING OF POWER TRANSFORMERS EQUIPPED WITH TAP SWITCHES UNDER LOAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/134021
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention consists of a system capable of integrating all the functions of controlling, supervising and monitoring power transformers (2) equipped with tap switches under load, affording benefits such as design simplifications, manufacturing simplifications, reductions in manufacturing costs, optimization and cost reduction of maintenance operations and enhanced transformer reliability, the transformer being raised to the category of 'smart transformer', ready for the Industrial Internet of Things (MoT) and for Smart Grids.

Inventors:
SANTOS EDUARDO PEDROSA (BR)
Application Number:
BR2018/050452
Publication Date:
July 11, 2019
Filing Date:
December 10, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SANTOS EDUARDO PEDROSA (12940-800, BR)
International Classes:
H01F27/04
Foreign References:
US2820953A1958-01-21
US20120064746A12012-03-15
Attorney, Agent or Firm:
VILAGE MARCAS E PATENTES LTDA (15015-110, BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÃO

1 ) SISTEMA INTEGRADO DE CONTROLE, SUPERVISÃO E MONITORAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EQUIPADOS COM COMUTADORES DE DERIVAÇÕES SOB CARGA, caracterízado por integrar em um único gabinete (1 ) todas as funções de controle, supervisão e monitoração de transformadores (2) de potência equipados com comutadores de derivações sob carga, incluindo os componentes (14) do mecanismo de acionamento do comutador sob carga como o motor elétrico, engrenagens mecânicas, chaves elétricas acionadas por carnes, circuito de controle e bornes de ligação, e incluindo também neste gabinete (1 ) todos os dispositivos (1 1 e 12) de supervisão, controle e monitoração do transformador, tais como os componentes de força e controle dos ventiladores/bombas de resfriamento forçado, os dispositivos eletrónicos para monitoração on-line do estado do transformador, os dispositivos eletrónicos para controle do comutador sob carga, regulação automática de tensão e controle de operação em paralelo dos transformadores e os bornes de ligação dos dispositivos auxiliares de proteção e supervisão do transformador e dos secundários dos transformadores de corrente; pelo gabinete (3) do mecanismo do comutador ser utilizado como base para fabricação do gabinete (1 ) integrado, porém com porta externa (7) dotada de uma profundidade (8) adicional que permite a instalação de uma porta interna (9) em cujas faces frontal e posterior são instalados os dispositivos, bornes de ligação e todos os dispositivos (1 1 e 12) de supervisão, controle e monitoração do transformador; o gabinete (1 ) integrado possui um painel (13) traseiro em seu interior que serve de suporte para os dispositivos (14) originais usuais do gabinete (3) do mecanismo do comutador, além de outros dispositivos (15) e bornes de ligação (16).

Description:
SISTEMA INTEGRADO DE CONTROLE, SUPERVISÃO E MONITORAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EQUIPADOS COM COMUTADORES DE

DERIVAÇÕES SOB CARGA

Introdução

[0001 ] Refere-se o presente pedido de patente de Invenção de um inédito sistema capaz de integrar, em um único gabinete, todas as funções de controle, supervisão e monitoração de transformadores de potência equipados com comutadores de derivações sob carga. Esta integração de funções permite simplificações tanto no projeto quanto na construção dos sistemas de controle, supervisão e monitoração dos transformadores, promovendo diversas vantagens práticas e operacionais em relação ao estado da técnica.

Campo de aplicação

[0002] Os transformadores de potência são utilizados em usinas de geração e subestações de transmissão e distribuição de energia elétrica.

Estado da técnica

[0003] Os transformadores de potência são comumente equipados com um acessório denominado comutador de derivações sob carga, que é um equipamento eletromecânico cuja função principal é a regulação da tensão elétrica fornecida na saída do transformador.

[0004] Esta regulação é efetuada por meio da alteração da derivação (ou tap) do enrolamento do transformador que está efetivamente conectada no circuito elétrico, alteração esta que é efetuada por meio de um mecanismo de acionamento que fica alojado no interior de um gabinete metálico, denominado gabinete do mecanismo do comutador, que o protege das intempéries. Este mecanismo de acionamento é composto pelas seguintes partes principais: um motor elétrico, diversas engrenagens mecânicas, chaves elétricas acionadas por carnes e um circuito de controle que recebe comandos locais ou remotos para alterar, de forma sequencial, o tap conectado. Por exemplo, em um transformador que possui um total de 33 taps, o comutador sob carga pode estar atualmente na posição do tap 17; ao receber um comando para“baixar tap”, o circuito de controle energiza o motor elétrico, que por sua vez aciona as engrenagens de forma a alterar a posição do tap de 17 para 16; em seguida, se for recebido um comando para“subir tap”, o circuito de controle energiza novamente o motor elétrico, porém agora no sentido oposto, de forma a alterar a posição do tap de 16 para 17.

[0006] Por outro lado, os transformadores de potência possuem também um segundo gabinete metálico, denominado gabinete de supervisão e controle, no interior do qual são abrigados:

Os circuitos elétricos de força e controle que fazem o acionamento dos motores elétricos dos ventiladores e/ou bombas de circulação de óleo utilizados para resfriamento forçado do transformador;

Os dispositivos eletrónicos para monitorização on-line do estado do transformador, tais como os monitores de temperaturas do óleo e dos enrolamentos do transformador, os monitores de umidade dissolvida no óleo, os monitores de gás dissolvido no óleo, os monitores de estado do dielétrico das buchas capacitivas, o monitor de torque do motor do comutador sob carga, etc.;

Os dispositivos eletrónicos para controle do comutador sob carga, tais como o relé regulador automático de tensão, o controle digital de operação em paralelo dos transformadores, etc.;

Os terminais de ligação (bornes) onde são conectados todos os sinais provenientes do gabinete do mecanismo de acionamento do comutador sob carga, tais como os sinais de comando para“subir tap” e“baixar tap”, os diversos sinais de sinalização de status do comutador sob carga (posição atual do tap, comutador sob carga no tap mínimo ou máximo, controle do comutador local ou remoto, disjuntor de proteção do motor desligado, etc.);

Os bornes onde são conectados todos os sinais provenientes dos dispositivos auxiliares de proteção e supervisão do transformador, tais como os contatos de alarme e/ou desligamento da válvula de alívio de pressão, do relé de acúmulo de gás (relé buchholz), do indicador de nível de óleo do transformador, do indicador de nível de óleo do comutador sob carga, do relé de sobrepressão do comutador sob carga, etc.;

Os bornes onde são conectados todos os sinais dos enrolamentos secundários dos TCs (transformadores de corrente) de medição e/ou proteção.

[0007] Desta forma, no atual estado da técnica os transformadores de potência equipados com comutador sob carga possuem dois gabinetes de controle separados: [0008] Um gabinete do mecanismo do comutador para alojar o mecanismo de acionamento do comutador sob carga e seu circuito de controle e um gabinete de supervisão e controle que serve para alojar todos os demais circuitos de controle, supervisão, proteção e monitoração do transformador. Adicionalmente, este último gabinete possui bornes de ligação para receber todos os sinais de comando e sinalização de status provenientes do gabinete do mecanismo de acionamento do comutador, de forma que todas as interfaces do transformador com o meio externo são concentradas neste gabinete.

Principais desvantagens do estado da técnica

[0009] Com as funções de controle, supervisão e monitoração do transformador divididas em dois locais distintos, fica dificultado o treinamento dos técnicos de operação e manutenção, assim como a execução cotidiana de suas tarefas. Por exemplo, para operar o sistema de controle do resfriamento forçado, o técnico deve dirigir-se ao gabinete de supervisão e controle, enquanto que para operar o sistema de controle do comutador sob carga deve dirigir-se ao gabinete do mecanismo do comutador.

[0010] A existência de dois gabinetes implica em um maior gasto de espaço nas faces laterais do transformador, o que em muitos casos dificulta o projeto mecânico e a fabricação do transformador.

[001 1 ] A existência de dois gabinetes implica em maior complexidade do projeto de controle, supervisão e monitoração do transformador, além de resultar em elevado custo de fabricação destes gabinetes e, por consequência, em maior custo total de produção do transformador.

[0012] A necessidade de se concentrarem todas as interfaces do transformador com o meio externo em apenas um dos gabinetes faz com que todos os bornes de ligação existentes no gabinete do mecanismo do comutador sejam duplicados no gabinete de supervisão e controle, sendo utilizada uma grande quantidade de cabos elétricos para interligar os bornes de um gabinete com os do outro. Isso implica em maior custo com materiais, maior tempo de fabricação do transformador, maior dificuldade de manutenção e maior risco de falhas, pois a duplicação do número de pontos de conexão elétrica faz aumentar proporcionalmente o risco de maus contatos. [0013] A existência de dois gabinetes faz com que sejam duplicados os sistemas auxiliares de suporte para os mesmos, incluindo lâmpadas e interruptores de iluminação, termostatos e aquecedores anticondensação, tomadas auxiliares, minidisjuntores auxiliares, etc.

Objetivos da invenção

[0014] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, propor uma maior facilidade e praticidade no treinamento dos técnicos de operação e manutenção, assim como a execução cotidiana de suas tarefas. A título ilustrativo e não limitativo da facilidade proporcionada, tanto o sistema de controle do resfriamento forçado quanto o sistema de controle do comutador sob carga são operados no gabinete do mecanismo comutador integrado.

[0015] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, oferecer uma maior área livre nas faces laterais do transformador, o que em muitos casos facilita o projeto mecânico e a fabricação do transformador.

[0016] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, tornar menos complexo o projeto de controle, supervisão e monitoração do transformador.

[0017] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, reduzir os custos de fabricação dos gabinetes de controle, supervisão e monitoração dos transformadores e, por conseguinte, menor custo total de produção do transformador.

[0018] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, concentrar todas as interfaces do transformador com o meio externo em apenas um único ponto/ gabinete, dispensando assim a duplicação dos bornes de ligação do gabinete do mecanismo do comutador e eliminando uma grande quantidade de cabos elétricos que seriam usados para interligar os bornes de um gabinete com os do outro. Com isso, obtêm-se menores custos com materiais, menor tempo de fabricação do transformador, maior facilidade de manutenção e menor risco de falhas por maus contatos nos pontos de conexão elétrica.

[0019] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, eliminar a duplicação dos sistemas auxiliares de suporte do gabinete, que incluem lâmpadas e interruptores de iluminação, termostatos e aquecedores anticondensação, tomadas auxiliares, minidisjuntores auxiliares, etc. [0020] É objetivo da presente invenção com a integração dos gabinetes, promover o transformador à categoria de equipamento inteligente, preparado para a Internet Industrial das Coisas (MoT) e para as Redes Inteligentes (Smart Grids), visto que provê o transformador de funcionalidades de automonitoração de condições capazes de indicar com bastante antecedência, em fase incipiente, o desenvolvimento de condições de defeito no transformador ou no comutador sob carga. Com isso se reduzem os custos de manutenção e os riscos de falhas do equipamento e de falta de energia elétrica.

Sumário da invenção

[0021 ] O SISTEMA INTEGRADO DE CONTROLE, SUPERVISÃO E MONITORAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EQUIPADOS COM COMUTADORES DE DERIVAÇÕES SOB CARGA trata da integração em um único gabinete, ou seja, no gabinete do mecanismo comutador integrado, de todas as funções de controle, supervisão e monitoração de transformadores de potência equipados com comutadores de derivações sob carga.

Descrição das figuras

[0022] Na sequência são apresentadas as figuras para melhor explicar o pedido de patente de forma ilustrativa e não limitativa:

Figura 1 : Vista frontal de um transformador equipado com o gabinete do sistema integrado de controle, supervisão e monitoração, com detalhe hachurado.

Figura 2: Vista lateral de um transformador equipado com o gabinete do sistema integrado de controle, supervisão e monitoração.

Figura 3: Vista em perspectiva do gabinete do sistema integrado de controle, supervisão e monitoração.

Figura 4: Vista em perspectiva do gabinete do sistema integrado de controle, supervisão e monitoração, mostrado com a porta externa aberta.

Figura 5: Vista frontal da porta interna do gabinete do sistema integrado de controle, supervisão e monitoração.

Figura 6: Vista frontal do painel traseiro do gabinete do sistema integrado de controle, supervisão e monitoração.

Figura 7: Vista frontal de um transformador convencional equipado com dois gabinetes, sendo um gabinete do mecanismo do comutador e um gabinete de supervisão e controle. Figura 8: Vista lateral de um transformador convencional equipado com dois gabinetes, sendo um gabinete do mecanismo do comutador e um gabinete de supervisão e controle.

Descrição detalhada da invenção

[0023] O SISTEMA INTEGRADO DE CONTROLE, SUPERVISÃO E MONITORAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EQUIPADOS COM COMUTADORES DE DERIVAÇÕES SOB CARGA trata de um sistema capaz de integrar, em um único gabinete (1 ), todas as funções de controle, supervisão e monitoração de transformadores (2) de potência equipados com comutadores de derivações sob carga, simplificando tanto o projeto quanto a construção dos transformadores (2') de potência convencionais, que utilizam dois gabinetes (3 e 4), sendo um gabinete (3) do mecanismo do comutador e um gabinete (4) de supervisão e controle.

[0024] Mais particularmente, o sistema inventado (1 ) integra em apenas um gabinete (1 ) todas as funções originalmente realizadas pelo gabinete (3) do mecanismo do comutador e pelo gabinete (4) de supervisão e controle, de forma a liberar no corpo do transformador (2) de potência uma grande área conforme mostrado na parte hachurada (5) da figura 1. Numa forma de viabilização da invenção, o sistema é efetivado através de um gabinete (1 ) integrado, que toma como base o gabinete (3) do mecanismo do comutador original, que tem sua porta (6), de formato padrão praticamente plano, substituída por uma porta externa (7) dotada de uma profundidade (8) adicional suficiente para abrigar os componentes, bornes de ligação e outros dispositivos necessários à agregação de todas as funções realizadas pelo antigo gabinete (4) de supervisão de controle ao agora gabinete (1 ) integrado. De uma forma mais detalhada, graças a profundidade (8) extra gerada pela porta externa (7) foi possível instalar uma porta interna (9), devidamente afastada da borda (10) de fechamento do corpo do gabinete (1 ) integrado, na qual é instalada a maior parte dos dispositivos (1 1 ) que, no transformador convencional com dois gabinetes, eram acondicionados no gabinete (4) de supervisão e controle, que, conforme já comentado, nesse pedido de patente é integrado em apenas um gabinete (1 ). A porta interna (9), além de servir de suporte para os dispositivos (1 1 ) visíveis na sua face frontal, também ancora outros dispositivos (12) de supervisão e controle na face posterior e, portanto, ocultos quando da porta interna (9) fechada. O gabinete (1 ) integrado também possui em sua porção mais posterior um painel (13) que serve de suporte para os dispositivos (14) originais do gabinete (3) do mecanismo comutador usuais e/ou convencionais, tais como o motor elétrico, as diversas engrenagens mecânicas, as chaves elétricas acionadas por carnes, o circuito de controle e os bornes de ligação. No entanto, nessa invenção o painel (13) oferece suporte para outros dispositivos (15) e bornes de ligação (16) que, no transformador (2’) convencional com dois gabinetes (3 e 4), eram acondicionados no gabinete (4) de supervisão e controle.