Resumo: Os painéis de alta tensão são equipamentos elétricos importantes em subestações. Eles são responsáveis pelas funções de interromper e interromper a transmissão de energia, além de proteger a segurança do sistema. Os painéis de alta tensão operam em um ambiente de alta tensão, alta corrente e forte campo magnético por longos períodos. A oxidação e a resistência de contato frequentemente causam o superaquecimento dos contatos, elevando a temperatura a níveis excessivos. Se não forem detectados e tratados a tempo, podem causar acidentes graves, como incêndios, interrupções de energia, etc. Portanto, o monitoramento em tempo real da temperatura em painéis de alta tensão tornou-se um problema urgente a ser resolvido no sistema de energia. Este artigo sobre questões práticas propõe um método para monitorar a temperatura em tempo real em painéis de alta tensão.sistema de medição de temperatura sem fiopara painéis elétricos de alta tensão baseados em um microcomputador de chip único. O sistema possui características como estrutura simples, medição de temperatura e alta precisão.
Palavras-chave: painéis de alta tensão; sistema de medição de temperatura sem fio
Introdução
Com o rápido desenvolvimento da economia, a demanda por energia elétrica em todos os setores da sociedade está cada vez maior. Portanto, a operação segura e confiável dos equipamentos de energia é fundamental para a segurança da rede elétrica. Os painéis de alta tensão são equipamentos essenciais em subestações. A maioria desses painéis adota uma estrutura fechada, o que resulta em condições precárias de dissipação de calor. Quando o equipamento opera por longos períodos, os contatos internos ficam sujeitos ao superaquecimento, causando o envelhecimento dos componentes e podendo levar a incêndios. Consequentemente, o superaquecimento interno em painéis de alta tensão com estrutura fechada tornou-se um problema comum.
1. Método para detecção da temperatura de contato interno de equipamentos de manobra de alta tensão
Atualmente, as condições de aquecimento dos contatos dentro dos painéis de alta tensão são monitoradas, e as variações de temperatura podem ser detectadas a qualquer momento, permitindo intervenções rápidas antes que atinjam temperaturas perigosas, evitando acidentes. Os métodos de detecção mais comuns incluem inspeção por termômetro infravermelho, medição de temperatura por chip de cor, medição de temperatura por fibra óptica e medição de temperatura por infravermelho. A inspeção manual baseia-se principalmente no uso de um termômetro infravermelho portátil para medir a temperatura dentro do painel de alta tensão. No entanto, devido à estrutura fechada do painel e à obstrução de circuitos ou componentes internos, a temperatura interna fica bloqueada. Consequentemente, o termômetro infravermelho não consegue medir com precisão os dados de temperatura dentro do painel. O método de medição de temperatura por chip de cor baseia-se nas diferentes cores do chip para determinar a temperatura dentro do painel. Este método não reflete com precisão a temperatura interna do painel. A medição de temperatura por fibra óptica utiliza fibra óptica como sensor de temperatura e modula a intensidade da luz que passa pela fibra para determinar a temperatura. Requer equipamentos mais sofisticados, como fonte de luz e circuitos de transmissão e recepção. O método de medição de temperatura por infravermelho (IN) determina a temperatura do alvo medido respondendo à variação da radiação infravermelha. Este método de medição de temperatura apresenta baixa precisão. Com base nisso, este artigo propõe um sistema de medição de temperatura sem fio para painéis elétricos de alta tensão, baseado em um microcontrolador de chip único. Este sistema apresenta as características de medição de temperatura precisa e fácil instalação.
1. Projeto geral do sistema
2.1 Requisitos de projeto do sistema
Os equipamentos de manobra de alta tensão são componentes importantes em sistemas de energia. Operam em ambientes com forte ruído eletromagnético por longos períodos e exigem alta confiabilidade e estabilidade. Portanto, para o ambiente operacional específico desses equipamentos, o sistema de monitoramento deve atender aos seguintes requisitos: (1) Operar de forma estável por longos períodos sem necessidade de troca frequente de baterias; (2) Adaptar-se a ambientes complexos de ruído eletromagnético; (3) Ser compacto e de fácil instalação no ponto de contato; (4) Apresentar alta confiabilidade.
2.2 Plano geral de projeto do sistema
O sistema de medição de temperatura sem fio para painéis elétricos de alta tensão mencionado neste artigo é composto principalmente por três partes: um módulo de medição de temperatura sem fio, um coletor de temperatura e um servidor. O módulo de medição de temperatura sem fio é instalado nos contatos do painel elétrico de alta tensão para detectar a temperatura de contato, e o sinal de temperatura detectado é enviado sem fio para o coletor de temperatura. O coletor de temperatura é conectado ao servidor por meio de uma rede cabeada e transmite a temperatura dos contatos do painel elétrico de alta tensão para o servidor em tempo real. O servidor realiza o chaveamento de alta tensão, exibe, armazena, gera alarmes e consulta o histórico de dados de temperatura do painel, permitindo a detecção e o alerta precoce de choques elétricos em painéis elétricos de alta tensão.
Figura 1. Arquitetura do sistema de medição de temperatura sem fio para painel elétrico de alta tensão.
O módulo de aquisição de temperatura do computador inferior consiste principalmente em um módulo de controle de microcomputador de chip único, um módulo sensor de temperatura, um módulo transceptor sem fio e um módulo de alimentação. Sua estrutura é mostrada na Figura 2.
Figura 2. Arquitetura de aquisição de temperatura.
3. Solução de sistema de monitoramento de temperatura online Acrel
3.1 Visão geral
O dispositivo de medição de temperatura online por contato elétrico é adequado para o monitoramento de temperatura em juntas de cabos, contatos de disjuntores, chaves faca, terminais intermediários de cabos de alta tensão, transformadores a seco e equipamentos de baixa e alta corrente em painéis elétricos de alta e baixa tensão. Ele previne a oxidação causada por folgas, poeira e outros fatores que levam à resistência de contato excessiva e ao superaquecimento, representando um risco à segurança. O dispositivo melhora a segurança dos equipamentos, permitindo o monitoramento contínuo, preciso e em tempo real do status operacional, reduzindo assim a incidência de acidentes.
O sistema de medição e monitoramento de temperatura sem fio Acrel-2000T comunica-se diretamente com os equipamentos na camada de armazenamento através do barramento RS485 ou Ethernet. O projeto do sistema segue os padrões internacionais Modbus-RTU, Modbus-TCP e outros protocolos de transmissão, garantindo segurança, confiabilidade e abertura significativamente aprimoradas. O sistema possui funções de sinalização remota, telemetria, controle remoto, ajuste remoto, configuração remota, alarme de eventos, gráficos de curvas e barras, geração de relatórios e gerenciamento de usuários. Ele permite monitorar o status de operação dos equipamentos do sistema de medição de temperatura sem fio, proporcionando resposta rápida a alarmes e prevenindo falhas graves.
3.2 Locais de aplicação
É adequado para o monitoramento de temperatura de equipamentos de energia na onipresente Internet das Coisas (IoT) de energia, siderúrgicas, indústrias químicas, cimenteiras, centros de dados, hospitais, aeroportos, usinas elétricas, minas de carvão e outras fábricas e minas, bem como estações de transformação e distribuição de energia.
3.3 Estrutura do sistema
Diagrama da estrutura do sistema de monitoramento de temperatura online
3.4 Funções do sistema
O sistema de medição de temperatura Acrel-2000T está instalado na sala de monitoramento de serviço e pode monitorar remotamente o status da temperatura operacional de todos os equipamentos de comutação do sistema. O sistema possui as seguintes funções principais:
3.4.1 Visor de temperatura
Exibe o valor em tempo real de cada ponto de medição de temperatura no sistema de distribuição de energia e também permite visualizar os dados remotamente via computador (web) ou aplicativo para celular.
3.4.2 Curva de temperatura
Veja a curva de tendência da temperatura para cada ponto de medição.
3.4.3 Execute o relatório
Consultar e imprimir dados de temperatura em cada ponto de medição.
3.4.4 Alarme em tempo real
O sistema pode emitir alarmes para temperaturas anormais em cada ponto de medição. Possui função de alarme de voz em tempo real, capaz de emitir alertas sonoros para todos os eventos. Os métodos de alarme incluem janelas pop-up, alarmes de voz, etc. Também pode enviar mensagens de alarme via SMS/aplicativo para alertar prontamente a equipe de plantão.
3.5 Configuração de hardware do sistema
O sistema de monitoramento de temperatura online é composto principalmente por sensores de temperatura e unidades de aquisição/exibição de temperatura na camada de equipamentos, gateways de computação de borda na camada de comunicação e hosts do sistema de medição de temperatura na camada de controle da estação, para realizar o monitoramento online da temperatura de partes elétricas críticas do sistema de transformação e distribuição de energia.
Referências:
[1] Manual de Projeto e Aplicação de Microrredes da Acrel Enterprise. Versão 2022.05
Data da publicação: 06 de maio de 2025