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O transformador de potência é um equipamento essencial para a adequação de tensão e corrente, assim como a transferência de potência entre diferentes estágios do sistema elétrico. A falha de um transformador de potência de grande porte gera perdas econômicas consideráveis e prejudica a imagem da empresa responsável pelo equipamento. Vários estudos indicam que o enrolamento é o componente que possui maior incidência de falhas em transformadores, portanto técnicas eficazes para detecção de defeitos neste componente devem ser desenvolvidas para aprimorar programas de manutenção de concessionárias de energia elétrica. Os sensores a fibra óptica por serem imunes à interferência eletromagnética podem ser utilizados em ambientes agressivos, como no interior da parte ativa de transformadores em operação. Os sensores utilizados neste trabalho realizam medições da amplitude e da frequência do espectro de luz restroespalhada de Brillouin no domínio do tempo, isto é, uma mesma fibra óptica funciona como vários sensores distribuídos de temperatura e deformação. Neste trabalho foi construído um protótipo para aplicação de forças mecânicas que geram deformações semelhantes a que podem ocorrer em enrolamentos de transformadores submetidos a forças eletromagnéticas de alta intensidade. Para a análise de viabilidade da aplicação dos sensores distribuídos em transformadores efetuou-se o cálculo de deformações nos enrolamentos de um transformador de distribuição por um método analítico. Constatou-se, pelos resultados obtidos, que a sensibilidade e o tempo de resposta do sistema óptico utilizado pode ser aplicável para a medição de deformações residuais em enrolamentos de transformadores de potência após uma ou várias solicitações causadas por correntes de curto-circuito ou defeitos no sistema elétrico. Por meio da análise com o protótipo desenvolvido foi possível demonstrar a viabilidade em se utilizar a técnica de monitoramento distribuído para medição de deformação em enrolamentos de transformadores de potência. Tal conclusão também pode ser estendida a estudos para medição de deformações em fenômenos físicos de geometria e esforços similares, como em dutos enterrados e vasos sob pressão.
The power transformer is an essential equipment for adjustment of voltage and current, as well as the power transfer between different stages of the electrical system. The failure of a large power transformer, generates considerable economic losses and can affect the reputation of the company responsible for the equipment. Several studies indicates that the winding is the component that has a higher incidence of failures in transformers. So effective techniques for detecting defects in this component should be developed to improve maintenance programs of electric utilities. The fiber optic sensors are immune to electromagnetic interference and can be used in harsh environments, as inside the active part of transformers in operation. The sensors used in this work, take measurements of the amplitude and frequency of the backscatter light spectrum of Brillouin in the time domain, so a single optical fiber works as various distributed sensors of temperature and strain. In this work it was built a prototype for the application of mechanical forces that generate similar deformations that may occur in transformer windings subjected to high intensity electromagnetic forces. For the viability analysis of the application of distribuited sensors in the transformer, it was used an analytical model for calculating the deformation of a distribution transformer. It was found, by the results, that the sensitivity and time response of the optical system may be applicable for the measurement of residual deformations in power transformer windings after one or several mechanical stresses caused by short-circuits or defects in electrical system. Through the analysis with the prototype was demonstrated the feasibility of using the monitoring technique for measuring distributed strain in power transformer windings. This conclusion can be extended to studies for measuring deformations in similars geometry and physical phenomena, such as buried pipelines and pressure vessels.
Data da defesa: 30/05/2016
Banca Examinadora
Orientador(a): Luiz Alkimin de Lacerda (Lactec)
Membro da Banca: Juliano de Andrade (Lactec)
Membro da Banca: Rodrigo Moraes da Silveira (Lactec)
Membro da Banca: Roberto Dalledone Machado (UFPR)
Membro da Banca: Marcos Vinicio Haas Rambo (UFPR)
Palavra(s)-Chave: Sensores Distribuídos a Fibra Óptica, Deformações, Transformador de Potência, Enrolamentos.
Keywords: Distributed Fiber Optic Sensors, Deformations, Power Transformer, Windings.
