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PB_PPGEE_M_Bortolotti, Fernando_2013

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1. 164209200 DRI Parada de Emergencia Awado 164209545 DRMAEPPE ORI Pedido Parada de Emerg ncia 6 164211290 ORIEIPER ORI Parada Emerg ncia via REVIPLC OPE Desmundo 164246500 DAUSSM DRI REV Maquina em Movimento Deswado 16 42 55 810 musei DRI Parada de Emergencia oesau 164515805 DRIAAMPE ORI Maquina Parada EstabizadaS muo _ 164606020 DRMSIRL ORI Chave Seletora PE Local Manual Desigada 16460638 DRIASLRR ORI Chave Seletora Remoto Autom tico ligada 164607015 ORI Comando do Grupo em Manual Desigada 164634605 DRIAAEPMV DAI Pedido de Marcha em vazo Awado 164995400 DRI REV Controle Autom tico Desau 164903400 DRI33PDF DRU Distribuidor Fechado 164905360 DAUSSM DRJ REV M quina em Movimento Awado 16490550 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga Arado 164908684 DRUMAMPE ORI Maquina Parada Estabizado S Demwado 164909550 DRI33POSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga Deswado _ 0 6 154921060 DM Rev Velocidade z954 16492070 DR RAT Disjuntorde Campo Fechado Awado 164922014 DRIGILS DRI RAT Disjuntor Compo Fechado Geral gado
2. N S NY wax We NA y SRY n M 0 0 Fig 2R Rated on state current vs case temperature Zth 0 00 0 001 t 0 01 Fig 4 Transient thermal impedance vs time 06 08 2007 MAJ 10 s 100 by SEMIKRON 74 STETERIT 00 la 0 5 1 0 1 Fig 7 Power dissipation vs on state current Fig 8 Surge overload current vs time 3 06 08 2007 MAJ by SEMIKRON 76 HX LLL M dll TES ad A h El I Wi N E M gt 2 n cem 0 01 0 001 lc Fig 9 Gate trigger characteristics Dimensions in mm separately available HK Gate leads ID No 33901260 12pcs each Case B 10 JEDEC TO 200AC cifies semiconductor devices but promises no characteristics No warranty or guarantee expressed or implied is made regarding delivery performance or suitability This technical information spe de O c x LLI 09 gt 08 2007 MAJ 06 77 C 2 RESISTOR DE DESCARGA DE CAMPO O resistor de descarga de campo tem como fun o descarregar a energia de campo do gerador em uma abertura do di
3. 164924980 DRI REV Velocidade gt 1014 muo 164926090 DRIS3POSC ORI Distribuidor Posi o sem Carga Awado 164926574 DRMAGEV ORI Sinaliza o Grupo em vazos muo 164926574 DRIAEPMV DRiPedWodeMorheemVano S Desatuado 164926574 DRMAGTR ORI Sinaliza o Grupo em Transi ao5 Desado 164920454 DR GILS DRU RAT Disjuntor Compo Fechado era Desigado _ 164934090 DRIMNIDI DRI REV Velocidade gt 101 164959840 DRIAIL DR RAT Disjuntor de Campo Fechado Dessuado 165000760 DRIS3POSC ORI Distribuidor Posi o sem Carga 16500051 DRI33PDF DRU Distribuidor Fechado Awado 165001074 DRMAEPPN ORI Pedido de Parada Normal tsen Awado 165001074 DRIMIDS DR RAT Disjuntor Campo Aberto Serial ligado 165007450 DRJSLSX DRI REV Controle Autom tico muo 165091700 DR REV Velocidade gt 95 165020604 DmiDs DRU RAT Disjuntor Campo Aberto Geral _ 165029800 DRHaNS ORIREVVelocdade lt 30 165020860 DRJ14N0 DRU REV Velocidade lt 30 165030110 ORIBSFGs_ ORI Gerador Freios Sotos Demwado 165030110 DRI33F
4. 153001 OR TroadorsCalorVarioNormal wudo 5 set 153001 DIUSOUSME ORI ME Ago SerpertinaVazio Normal Mudo 5 set 153001 DIUSOWSMG ORI MG Agua serpenta Varo Normal Mudo 5 set 219303 Operatortog DRI Comando Valls Borboleta besar 5 set 193059 Operatortog ORI Comando Vala Sorbltantver sse 153107 DRIS3VSYF ORI Valvula Borbolt Turin Fecha Desigado DRJ Comando Reset Regulador Hidraulico 5 Set 15 34 00 OperatorLog Velocidade Ativar 5 Set 15 34 03 DRJ65SDX DRJ V lvula Fechamento Emerg ncia Aberta Amado 5 Set 15 34 10 OperatorLog DRJ Comando Regulador Velocidade Ligar Ativar BEEN 5 Set 15 34 13 DRJ44GP DRJ Sinaliza o Grupo Parado S Desligada 70 5 Set 15 34 15 DRJ65LSX DRJ REV Controle Autom tico Desatuado SSet 15341 DRISANSS DAI REV Velocidade gt 95 Kk ws DRJ REV Rota o da Unidade REV Rota o da 5 Set 15 34 42 DRJRPM Unidade Alta 614 4 rpm 5 Set 15 43 06 OperatorLog DRJ Comando Excitatriz Ligar Ativar A vazio Excitada DRJ Tens o Fase A B Gerador DRJ Tens o Fase 5 Set 15 43 15 DRJVG A B Gerador Baixa 6 7 kV 5 Set 15 43 50 OperatorLog DRJ Comando Excitatriz Desligar Ativar o A vazio Desexcitada DRJ Comando Regulador Velocidade Desligar 5 Set 15 44 05 OperatorLog Ativar 5 Set 15 44 20 Operatortog DRI Comando Valvula Borboleta Ativar 5 Set 15 45 12 OperatorLog
5. 1705402440 DRJAAMPE _ M quina Parada EstabizadaS 170940850 DRISSOM DRJ REV Maquina em Movimento atuo 170940590 DRI33PDF DRI Distribuidor Fechado Deswado 17 09 40 880 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga Arado 17093210 ORISSPDSC DRiDstrbuidorPosiosemcar Demuado 170946720 DRHaNS DAI REV Velocidade lt 30 amado 170946750 DRITaN30 DRU REV Velocdede lt 30 170955150 DR REV Velocidade gt 95 arado 8 69 70555350 DRIAL DRI RAT Disjuntor de Campo Fechado 170958480 DR REV Velocidade gt 1019 arado 17 09 58 640 DRIGIS DRI RAT Disjuntor Campo Fechado Geral Udo 17300070 DRIS3POSC ORI Distribuidor Posi o sem Carga Awado 171000370 DRIZ7APOCCA DRI Presen a de TensioTSAL atuado 171008510 DRA4GEV ORI Sinaliza o Grupo em vazos Arado 171093510 DRMAtPMN _ DRI Pedido de Marcha em vazo 5 Demuado 171008350 DWtST 10 Qualquer Estado Estive muo 171009870 _DRITAN101 DAU REV Velocidade gt 1014 Demuado 171053200 DRUBSMC ORI Disjuntor de Grupo Mola Carregada Desatuado
6. Atado 165236074 DRMAGEV DRI Sinaliza o GrupoemVarios Arado 165236074 DRMAtPMN DRI Pedido de Marcha em vazo t Desatuado 0 7 1652243760 pwamio DR REVVeloc sdesinx 16551300 ORI Disjuntor de Grupo Mola Carregada Desmundo 118311310 DRI526D DRI Disjuntor de Grupo abeo Feo 165512975 DRMAGEV DRI Sinaliza o Grupo em Vazo 5 165512575 DRIAAGA DRI Sinaliza o Grupo Acoplados 165512975 DRMAEPMA DRI Pedido de Marcha acoplado 5 165315295 DRMAGASC 10 M quina Sincronizada s Carga Arado _ 165545090 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga 165515720 DRUBBMC ORI Disjuntor de Grupo Mola Carregada atuado 165543680 DRISSPDSO DAI Distribuidor Abertura gt 50 Amado 1658585420 ORISSVDA DRI Valvula Difusora Abena 165905510 DRI33VDF ORI V lvula Difusora Fechada amado 170242570 DRIS3PDS0_ ORI Distribuidor Apertura gt 50 17025000 DRIS3PD50_ ORI Distribuidor Abertura gt 50 arado 170250700 ORISSVDA ORI V lvula Difusora bera 170250700 DRISSVOF ORI Valvula Difusora Fechada 170251590 DRIS3PD50_ ORI Distribuidor Abertu
7. 1545 9 E 1545 8 1545 7 50 60 10 20 30 40 Temperatura C Figura 28 Gr fico da caracteriza o dos sensores 5 e 6 Observa se que os dados obtidos na caracteriza o apresentam um comportamento linear permitindo que se utilize a rela o linear entre o comprimento de onda e temperatura 35 Realiza se a regress o linear dos dados pelo m todo dos m nimos quadrados para se obter as equa es de reta para cada conjunto de sensores conforme resultados da Tabela 2 Tabela 2 Tabela das Equa es de reta dos sensores 1532 348 0 01344 T Sensor 2 1536 940 0 01225 T Sensor 3 1539 568 0 01406 T Sensor 4 1542 664 0 01242 T Sensor 5 1545 600 0 01180 T Sensor 6 1551 077 0 01240 T onde o comprimento de onda em nm e T a temperatura em C A primeira etapa do c lculo de incertezas determinar quais s o as fontes de incertezas neste caso considera se as seguintes incertezas Dispers o das amostras Incerteza do tipo A Calibrador ou refer ncia de temperatura Incerteza do tipo B Resolu o do Calibrador Incerteza do tipo B Resolu o do interrogador tico Incerteza do tipo B Reta de regress o linear Incerteza do tipo A Aplicam se as equa es 11 e 12 aos resultados experimentais obtidos na caracteriza o obt m se as m dias e desvios padr es de cada temperatura medida em
8. 4 14 28 66 58 11 26 5 20 10 210 32 25 10 201 33 3 102 20 327 A partir da equa o 20 com n 4 obt m se os valores dos sensores conforme Tabela 5 37 Tabela 5 Incerteza tipo A devido a dispersao das amostras Sensor 569 nm GO nm ws GO Inm 3 0004454 002217 000 838 _ 2 osa 0206392 _ 0 005123 0 002562 0 008479 L 4 6065255 0 002630 0008704 6 9006855 0003428 0011345 _ Para a incerteza devido ao calibrador de temperatura utiliza se o pr prio laudo de calibra o do equipamento neste caso informado o valor de incerteza padr o expandida de 0 30 k 2 e grau de abrang ncia de 95 45 A incerteza devida resolu o pode ser expressa por uma distribui o de probabilidade retangular ou seja em um intervalo entre a e a a probabilidade de 50 para cada um destes valores Neste caso a fun o densidade de probabilidade dada pela equa o 22 1 x 22 f x 22 valor m dio dado pela equa ao 23 a a 23 x gt 23 E vari ncia dada pela equac o 24 a a4 var x E 24 12 O que resulta um desvio padr o dado pela equa o 25 s x u x 25 V 12 Para determina o da incerteza devido resolu o do calibrador utiliza se a equa o 25 Conforme informado pela manual do fabricante o instru
9. es com a mesma tend ncia e o mesmo comportamento observado no ano anterior ou seja os tiristores 2 e 3 localizados no canto superior direito do painel apresentam maiores temperaturas quando comparados aos sensores 4 e 5 localizados no canto inferior esquerdo do painel 70 60 O lt r 50 gt lt or Sensor 1 a 40 E Sensor 2 LLI Sensor 3 a 30 Sensor 4 Sensor 5 O 200 400 600 800 1000 1200 1400 TEMPO min Figura 36 Gr fico da temperatura dos sensores 22 Etapa 51 Para entender o comportamento da temperatura no interior do painel importante conhecer como ocorre a transfer ncia de calor A energia t rmica flui do corpo mais quente para o mais frio O calor pode ser transferido de um corpo para outro de tr s formas condu o convec o e radia o Condu o ocorre por um contato direto das part culas de mat ria neste caso a dissipa o nos dissipadores de calor a principal forma de transfer ncia de energia A convec o ocorre pelo movimento de mol culas de uma parte do material para outra No caso em estudo a ventila o for ada acentua a transfer ncia de calor por convec o A terceira forma de transfer ncia de calor por radia o nesta forma todos os corpos acima do zero absoluto irradiam energia proporcional ao valor da temperatura ou seja quanto maior a temperatura maior a energia irradiada WIKI 2012 Na Figura 37 poss
10. 49 FIGURA 36 GR FICO DA TEMPERATURA DOS SENSORES 23 50 FIGURA 37 ILUSTRA O DA TRANSFERENCIA DE CALOR E DISPOSI O DOS SENSORES 5 51 FIGURA 38 PONTE RETIFICADORA A FOTOGRAFIA E B IMAGEM T RMICA UNIDADE PARADA ennemis 52 FIGURA 39 PONTE RETIFICADORA A FOTOGRAFIA E B IMAGEM T RMICA AP S ESTABILIZA O T RMICA 53 FIGURA 40 GR FICO DA TEMPERATURA EM RELA O A CORRENTE DE CAMPO 22 ETAPA ccceecescuseussesssscnseeseeuseuseuseuseuseesens 54 FIGURA 41 GR FICO DA TEMPERATURA E CORRENTE DE CAMPO AT A ESTABILIZA O 55 FIGURA 42 GR FICO DA TEMPERATURA POT NCIA ATIVA E REATIVA 56 LISTA DE TABELAS TABELA 1 COMPARA O ENTRE AS CARACTER STICAS DOS SENSORES FBG E PT 100 23 TABELA 2 TABELA DAS EQUA ES DE RETA DOS SENSORES sss i endete Eee sn ia 35 TABELA 3 MEDIA E DESVIO PADR O DA CALIBRA O uu oett Exe exa na ene red utt ERE VERE RS 35 TABELA A TABELA ToS TUDEN ec 36 TABELA 5 INCERTEZA TIPO DEVIDO A DISPERS O DAS AMOSTRAG ssceecsccncceccseeenececcseeeeceuceuceseeeeeuceseeeeeeseeceeceueeeeeeeeenees 37 TABELA 6 REGRESSAO LINEAR M DIAS E DESVIOS PADR ES sssc
11. DRJ Comando Aplicar Freios Ativar S Set 15 45 40 OperatorLog DRI Comando Valvula Resfriamento Ativar S Set 15 46 02 DRJ43LRL DRI Chave Seletora QPE Local Manual Desligada OperatorLog DRJ Comando Desaplicar Freios Ativar Operatorog DRJ Comando Valvula Resfriamento Ativar 5 Set 15 47 10 OperatorLog DRI Parada de Emerg ncia Ativar 5 Set 15 47 13 DRMSUNR DRI Chave Seletora Remoto Autom tico Ligada 5 Set 15 4713 DRISSFGA DRI Gerador Freios Aplicados Desatuado A SS 5 Set 15 47 41 OperatorLog DRJ Rearme Reles de Bloqueio 86M 86E Reset 5 15 47 43 DRJ86E1 DRJ Parada de Emerg ncia 5 Set 15 47 13 DRJ33FGS DRJ Gerador Freios Soltos 5 Set 15 47 47 DRJ44EPPE DRJ Pedido Parada de Emerg ncia S Desligado 5 Set 15 47 17 DRJE1PER DRJ Parada Eemerg ncia via REV PLC QPE DRJ Comando SSC Partida Unidade em vazio 5 Set 15 47 48 OperatorLog Ativar Se 154751 omvdwbResomenorecho s Designa Se 154751 DAI ValvlaResfiamento _ Se 1547 51 ORBOWVE DRI Vedio tno Vario Nomal ado Se 1547 51 DA Trocadres Calor Varo normal Mudo _ Se 1 pusswerr DRI v Borboleta Turbina Fechada Se 155121 DRI REV Autom tico _ Se 1551 21 beso DRI VaklaFechamentoEmerg nca Abeta Arado DRJ Comando SSC Partid
12. Ponto 17 4 PC a b Figura 38 Ponte retificadora a Fotografia e b imagem t rmica unidade parada Na Figura 39 poss vel observar as temperaturas no dissipador do tiristor 6 ap s estabiliza o da temperatura na ponte Diferentemente da imagem t rmica anterior onde o medidor de condu o apresentava a maior temperatura os componentes com maiores aquecimentos s o resistor 73 C Cabo de conex o com o barramento 67 7 C e dissipador pr ximo ao sensor de temperatura 61 C Nota se que o valor de 61 C registrado na imagem t rmica compat vel com o valor m dio ap s a estabiliza o conforme Figura 36 53 1 h i w 4 Ed Y b Figura 39 Ponte retificadora a Fotografia e b imagem t rmica ap s estabiliza o t rmica No gr fico da Figura 40 nota se uma correla o entre a temperatura e a corrente de campo similar observada no gr fico da Figura 31 obtida um ano antes 28 09 2012 Entre os tempos 60 e 80 minutos observa se uma queda abrupta na corrente embora tenha um aumento na temperatura este ocorre mais lentamente pois o sistema ainda n o atingiu o equil brio Por volta de 85 minutos observa se um aumento na corrente de campo causando um aumento de dT dt at a estabiliza o da temperatura aproximadamente no minuto 240 ou 3h 40 min ap s o sincronismo Durante este per odo de 0 a 240 minutos nota se que a corrente varia de 300A
13. do A tens o de sa da subir em resposta corrente aplicada de acordo com a resposta de satura o a vazio e no momento que atingir 70 da tens o nominal conclu do o processo de pr excita o Para se manter os tiristores na temperatura adequada utilizam se tr s ventiladores com filtros que tem a fun o de reduzir a entrada de poeira no interior do painel O ar circula sobre os tiristores fus veis e barras de conex o Na Figura 2 mostrado o diagrama do sistema de excita o que consiste em regulador de tens o ponte retificadora a tiristores transformador de excita o disjuntor de campo e resistor de descarga de campo VIGESA 1996 Gerador Transformador Disjuntor Resistor de de Excita o Descarga Regulador de Retificadora Tens o Alimenta o Auxiliar Pr Excita o Figura 2 Diagrama do sistema de excita o VIGESA 1996 O transformador de excita o alimenta uma carga com alta reat ncia campo e altas correntes de chaveamento portanto com o aumento das harm nicas tem se o aumento das perdas Por este motivo os transformadores devem estar localizados pr ximos ao regulador de tens o com liga o por barramentos ou cabos Normalmente os transformadores de excita o s o do tipo seco trif sico e com resfriamento natural O regulador de tens o utiliza uma malha fechada de controle onde a tens o do gerador comparada a um valor de refer ncia ajust vel esta dif
14. obtidos ao pequeno n mero de repeti es e desvios na adequa o dos dados reta As incertezas ap s combinadas apresentam valores entre 0 97 C e 3 78 C conforme Tabela 9 indicando uma diferen a entre as medi es dos sensores causada pelo processo de fabrica o e calibra o 3 2 INSTALA O DOS SENSORES NA UHEDRJ Ap s o desenvolvimento caracteriza o e calibra o dos sensores fez se a instala o dos sensores na ponte retificadora trif sica controlada da UHEDRJ Para a fixa o dos sensores utilizou se cola 3M 598 Black High performance RTV da empresa LOCTITE O 41 local escolhido foi o dissipador de calor na dire o do tiristor parte posterior conforme ilustrado na Figura 29 Detalhe da instala o do sensor Figura 29 Fotografia do sensor FBG instalado nos dissipadores de calor dos tiristores na UHEDRJ 42 4 RESULTADOS Neste cap tulo ser o apresentados os resultados das medi es realizadas na UHEDRI usando se os sensores de temperatura mencionados no cap tulo 3 Os ensaios foram realizados em duas situa es unidade geradora excitada a vazio e com carga Para que as medi es fossem realizadas foi necess rio a partida da unidade at a rota o nominal e comandada a excita o da unidade H duas formas de partida da unidade uma em modo manual e outra em modo autom tico um procedimento comum em retorno de unidade ap s manuten o a partida em modo manual
15. serem atendidos e Desenvolver um encapsulamento para as redes de Bragg em fibra tica que permita a medi o de temperatura sem a influ ncia de outras vari veis como deforma o Este encapsulamento dever propiciar resist ncia mec nica sem comprometer o tempo de resposta do sensor e Desenvolver plataforma para calibra o dos sensores para determina o das incertezas e Realizar ensaios nos sensores de forma a comprovar o funcionamento e aplicabilidade em medi es na usina Hidrel trica Deriva o do Rio Jord o UHEDRJ e Instrumentar a excitatriz est tica da UHEDRJ coletar e condicionar dados e Analisar os resultados das medi es e compreender as condi es operativas e funcionamento da unidade geradora e da excitatriz est tica 1 4 ORGANIZA O DA DISSERTA O No cap tulo 1 foram apresentadas as perspectivas motiva es e os objetivos do trabalho No cap tulo 2 apresentada a teoria e modo de funcionamento de uma excitatriz est tica e sistema de excita o com nfase na ponte retificadora trif sica controlada onde os resultados deste trabalho foram obtidos No cap tulo 3 apresentada a forma de grava o dos sensores caracteriza o e calibra o concluindo com o processo de instala o dos sensores em campo No Cap tulo 4 s o apresentados os resultados e discuss o dos dados obtidos durante partida da unidade geradora ap s retorno de manuten o e an lise do comportamento do sistem
16. vel observar a disposi o dos sensores no painel e como a temperatura transferida Neste caso em quest o o tiristor a maior fonte de calor A condu o ocorre do centro do dissipador onde o tiristor fixado para a periferia da mesma forma que a radia o com maior intensidade quanto mais pr ximo da fonte de calor A convec o ocorre normalmente do dissipador para o ar como existe a ventila o for ada a convec o segue o fluxo de ar As entradas de ar do painel s o localizadas na parte inferior do painel e os ventiladores na parte superior causando um fluxo de ar no sentido de baixo para cima Radia o Condu o y Dissipador Convecc o Figura 37 Ilustra o da transfer ncia de calor e disposi o dos sensores FBGs 52 Para confirmar os resultados obtidos pelos sensores de temperatura a fibra tica foi realizada a imagem t rmica do painel A imagem t rmica foi tirada em duas situa es unidade parada e em equil brio 04 09 2013 com temperatura ambiente de 19 C conforme Figura 38 Unidade sincronizada em equilibrio t rmico opera o com pot ncia nominal por aproximadamente 90 horas 09 09 2013 conforme Figura 39 poss vel observar na Figura 38 que o painel apresenta temperatura uniforme e pr xima dos 18 o nico componente que apresenta temperatura acima de 20 C o circuito de monitoramento de condu o por possuir alimenta o mesmo sem condu o dos tiristores
17. 71053210 ORISIGO DRI Disjuntor de Grupo Abeo Fechado 171053240 DWS2GUi ORIDisluntor de Grupo Fechado Fechado 171054390 DRI4AGA ORI Sinaliza o Grupo Acoplados atuo 171034390 DRMAEPMA ORI Pedido de Marcha acoplado 1S 173034399 DFM4GTR ORI Sinaliza o Grupo emTransigdo S 171034600 DRMAGASC 10 M quina Sincronizada s carea Arado 171038010 DRMAGSC 10 M quina Sincronizada s carea 1730338010 DRMAGAC JO M quina Sineronizadac Carga muo 171038550 DRUBSMC ORI Disjuntor de Grupo Mole carregada Atado 1731441240 DRISSPDSO DRI Distribuidor Abertura gt 50 Amado 1734157650 ORISSVDA DRI Valvula Difusora Abera Demuado 171208030 DRU33VDF ORI V lvula Difusora Fechada amado Tabela 13 Lista de Eventos SSC UHEDRJ 05 09 2013 a 09 09 2013 Temp Tag Mensagem Valor sao sse 15254 Operatortog OR Rearme els de Bloqueo Paea 152945 DRM4zPPE OR Pedido Parada detmerg nca S 152645 DUPaddetmegimn Demtado 192959 Operatortog DRI Comando esameno anar sse 153001 onsawna ORIVainlaRestiamento Abeto Ups _ sse 153001 Duet DRI Vedario Eno VexioNormal Mundo
18. Bestia 2202145 Operarios ORI RAT Comando Aumentar tesso 202146 ORIWARGS DRI RAT Pot ncia teata Seal Bova 20 2149 Operatortog DRI RAT Comando AumentarTensio 15 _ DURATComandoAmenarTemo 23 254 Operatortog ORI RAT Comando DiimirTensto 2284828 Operatortog ORI RAT Comando DminurTensio 0940243 DRWARGS ORI RAT Potencia Bestia Sel Boia sse 112850 DAWARGS ORI RAT Pot ncia Renta Sera Bova os sse 113240 DAWARGS DRI RAT Potencia Bestia seriado os sse 113253 Operatora ORI RAT Comano Diminuir tesso END J 9 Set 11 32 55 OperatorLog DRJ RAT Comando Aumentar Tens o 9 Set 11 32 58 OperatorLog DRJ RAT Comando Aumentar Tens o 255 9 Set 11 33 01 DRJVARG S DRJ Pot ncia Reativa Serial Baixa 0 7 MVAr pa 72 AP NDICE C DETALHES T CNICOS C 1 TIRISTOR O tiristor o principal componente da ponte retificadora da UHEDRJ e possui as seguintes caracter sticas Fabricante Semikron Modelo SKT600 14 Im x 600A VRRM 1400V Datasheet dispon vel em http www alldatasheet com datasheet df pdf 206390 SEMIKRON SKT600 14E html Capsule Thyristor Line Thyristor SKT 600 Features Hermetic metal case with ceramic insulator e Capsule package for double sided cooling Shallow
19. DESENVOLVIMENTO DOS SENSORES A temperatura uma grandeza f sica que pode indicar o comportamento e regi es de opera o de um equipamento Os sensores devem ser sensibilizados pela varia o de uma grandeza como por exemplo resist ncia el trica tens o el trica ou comprimento de onda para que permita identificar o valor medido de forma indireta A caracteriza o do sensor consiste na determina o da rela o entre a temperatura e comprimento de onda no caso do sensor FBG Para que outras vari veis n o interfiram na medi o e se realize uma medi o adequada os sensores devem ser protegidos contra a oxida o vibra o e danos desta forma faz se necess rio a instala o de um po o ou tubo protetor A prote o ajuda na estabilidade do sensor e consequentemente da medi o mas em contrapartida funciona como fonte de atraso na leitura de temperatura Quanto maior for o po o protetor mais lenta ser a resposta do sensor O sensor FBG apresenta respostas mais r pidas no tempo quando comparadas aos sensores el tricos convencionais devido s dimens es reduzidas e suas propriedades termo ticas Geralmente a caracter stica que mais influencia na resposta de um sensor tico o tipo de encapsulamento utilizado Neste trabalho optou se pelo uso do sensor a fibra tica baseado em redes de Bragg devido s caracter sticas destacadas anteriormente O sensor possui sensibilidade deforma o e temperatura De
20. Figura 33 Curva de resfriamento 2000 3000s Os resultados da Figura 34 mostram varia es de temperatura com diversas inclina es proporcionais corrente de campo observa se que h um aumento na corrente de excita o no momento da rampa de carga e pequenas oscila es devido regula o de tens o do gerador No instante 4610s ocorre o sincronismo da unidade com a rede neste momento o regulador de tens o controla a corrente de campo de forma a manter a tens o do gerador constante As varia es na corrente de campo causam varia es na temperatura dos tiristores com inclina es proporcionais corrente de campo O regulador de velocidade deve manter a velocidade constante desta forma o fluxo de gua na turbina controlado para que haja um equil brio entre a pot ncia el trica e a pot ncia mec nica paralelamente 48 o regulador de tens o deve aumentar a corrente de excita o para que se mantenha a mesma tens o terminal no gerador 350 300 5 250 g lt Y 200 O E lt LLI if 150 Q A E E 100 c Corrente de Campo gt Temperatura 50 4600 4800 5000 5200 5400 TEMPO s Figura 34 Aquecimento na regi o rampa de carga 4500 5500 s Os resultados da Figura 35 mostram as duas regi es da unidade sincronizada ao sistema no primeiro sincronismo a unidade foi submetida a uma rampa de carga de aproximadamente 26 4 kW s iniciando na pot ncia zero no momento 48
21. Gr fico da temperatura em fun o do tempo A corrente de excita o a mesma corrente que circula pelos tiristores da ponte Por este motivo a vari vel que mais influencia no aquecimento e ser estudada com maiores detalhes 45 Na Figura 31 s o apresentadas as curvas de temperatura e corrente de campo versus tempo durante todo o ensaio Observa se uma correla o entre a corrente e temperatura ou seja quanto maior o valor da corrente de campo maior a varia o de temperatura Nota se que at o momento 4250 segundos ocorrem cinco excita es com corrente de excita o de mesma amplitude Em todas as excita es a vazio a temperatura apresentou inclina o similar Ap s o sincronismo da unidade geradora com a rede no tempo 4250 segundos ocorre uma redu o na corrente de campo e posteriormente um aumento causando uma redu o no aumento de temperatura e em seguida uma inclina o de maior intensidade at o momento 5284 segundos quando ocorre o desligamento da unidade 350 Corrente de Eae ll TEMPERATURA C CORRENTE DE CAMPO A Eae ll 1300 y 250 200 150 100 90 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 TEMPO s Figura 31 Relac o entre Temperatura e Corrente de Campo 0 60005 46 Na Figura 32 s o apresentadas as curvas de temperatura e corrente de campo durante a primeira excita o poss vel observar um comportamento exponencial no momento do fechamento do disjuntor de c
22. No setor el trico os sensores s o utilizados em linhas de transmiss o geradores motores transformadores e semicondutores de pot ncia CULSHAW 2008 BAZZO 2010 SOUZA 2013 Existem diversas aplica es por exemplo sensores de temperatura FBG foram instalados em geradores 43 2 MW na UHE Samuel Os sensores foram posicionados no estator da unidade ALLIL 2010 Outro trabalho utilizando sensores a fibra tica consiste em um prot tipo de sensor de alta tens o empregando redes de Bragg Este prot tipo consiste em um sensor FBG de deforma o com encapsulamento de material piezoel trico que apresenta um deslocamento quando submetido a um campo el trico neste ensaio foram aplicadas tens es de at 8440V ALLIL 2010 Sensores de temperatura FBG foram instalados em um motor de indu o trif sico comprovando sua aplicabilidade com a valida o do modelo el trico e t rmico SOUZA 2010 Sensores FBG foram utilizados na usina hidrel trica de Salto Os rio no rio Igua u para medi o de temperatura no mancal turbina estator e trocadores de calor do gerador SILVA et al 2012 1 2 REDES DE BRAGG EM FIBRA TICA O mercado de sensores a fibra tica est em um est gio de crescimento e ainda dif cil avaliar e prever com precis o seu desenvolvimento Al m disso os segmentos de mercado s o fragmentados devido variedade de aplica es em sensoriamento remoto e ind strias onde s o aplicados O mercado atual de
23. P s Gradua o em Engenharia El trica Universidade Tecnol gica e Federal do Paran Pato Branco 2013 Este trabalho tem como objetivo compreender o comportamento t rmico da excitatriz est tica da Usina Hidrel trica Deriva o do Rio Jord o UHEDRJ empregando redes de Bragg em fibra tica como sensor de temperatura S o apresentados os componentes da excitatriz est tica com foco na ponte retificadora trif sica controlada a tiristores Com a calibra o p de se conhecer os erros e incertezas dos sensores tendo as maiores contribui es de incerteza devidas dispers o das amostras e ajuste das curvas pelo m todo dos m nimos quadrados A instrumenta o da excitatriz est tica permite que sejam realizados ensaios em diversas condi es de opera o da unidade geradora partida da unidade excita o a vazio OU seja com o gerador energizado mas sem estar conectado ao sistema el trico excitada e sincronizada ou seja gerador energizado e sincronizado com o sistema el trico rampa de carga at a carga nominal e parada da unidade Os ensaios realizados permitem estimar o comportamento t rmico da ponte retificadora varia es de temperatura de cada tiristor no painel e como ocorrem as dissipa es t rmicas Palavras chave Tiristor ponte retificadora trif sica controlada sistema de excita o excitatriz est tica instrumenta o optoeletr nica redes de Bragg sensor a fibra tica ABSTRACT BORTOL
24. SCHANE J L Inside a power module Laboratorie d Eletrotecnique de Genoble France IEEE 2004 MELTZ G MOREY W W GLENN W H Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method Optics Letters vol 14 p 823 825 1989 MENDES A et al Influence of the positive sequence voltage on the temperature of three phase induction motors In Electrical Machines ICEM 2010 XIX International Conference on 5 1 s n p 1 6 2010 MENDEZ A FIBER BRAGG GRATINGS SENSOR A MARKET OVERVIEW Third European Workshop on Optical Fiber Sensors Sept 2007 MOTTO Jr et al Thyristor Diode transient thermal impedance Modelling Including The Spatial Temperature Distribution During Surge and Overload Conditions Powerex Inc IEEE Trans Ind Applicat vol 2 959 966 1995 OTHONOS A Fiber Bragg gratings Review of Scientific Instruments vol 68 p 4309 4341 1997 62 OTHONOS A Kalli K Fiber Bragg Grating Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing London Artech House 1999 POSSETTI G et al Metrological evaluation of optical fiber grating based sensors An approach towards the standardization Lightwave Technology Journal of vol 30 no 8 pp 1042 1052 2012 PROBST W et al Thermal behavior of a high power generator exciter bridge measured by optical fiber sensors Fifth European Workshop on Optical Fibre Sensors SPIE 2013 v 8794 p 879443 1 8794
25. devido deforma o Al primeiro termo quanto varia es devido temperatura AT segundo termo definem o deslocamento do espectro Desprezando se o efeito da deforma o na Equa o 2 tem se que o deslocamento no comprimento de onda de Bragg devido expans o t rmica AT resulta em an AT 3 O coeficiente de expans o t rmica dado pela Equa o 4 1 OA A AT Para a s lica tem se o valor de a 0 55 1079 C 1 O coeficiente termo tico dado 4 pela Equa o 5 o 1 ONef on Nef oT 5 Para a s lica dopada com germ nio tem se o valor de a 8 6 10 9 C 1 Para um comprimento de onda de Bragg de 1550nm fornece uma sensibilidade de 13 7 pm C OTHONOS 1999 O uso de sensores a fibra tica permitiu a medi o de temperatura na jun o de materiais semicondutores em dispositivos de pot ncia BAZZO 2010 o que at ent o era considerado impratic vel MARTIN et al 2004 SHEN et al 2006 FUJII et al 2008 O modelo t rmico de um transistor de pot ncia IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor apresentou diverg ncia de aproximadamente 0 3 em rela o aos dados experimentais BAZZO 2010 Modelos t rmicos elaborados atrav s de t cnicas que usavam sensores convencionais apresentaram erros m nimos entre 5 e 10 SHEN et al 2006 BRUKCNER et al 2007 O sensor a fibra tica apresenta diversas caracter sticas nicas que viabiliza a sua
26. o 45 0 43 lt 44 5 X 2 44 0 3 E E lt Y 43 5 O 2 43 0 F 425 42 0 41 5 41 0 4800 5000 5200 5400 5600 TEMPO s Figura 35 Rela o Pot ncia ativa e Temperatura 4700 5900s Os sensores permaneceram instalados na ponte retificadora da UHEDRJ desde a instala o para aquisi o dos resultados em setembro de 2012 Ap s um ano foram realizadas novas aquisi es pois os resultados obtidos anteriormente foram aquisitados por um tempo curto n o conseguindo prever o comportamento da unidade at a estabilidade da temperatura Notou se que ap s um ano as repostas dos sensores se mantiveram conforme a primeira aquisi o realizada 50 Nos eventos da Tabela 13 Ap ndice poss vel determinar o momento da excita o da unidade quando h o fechamento do disjuntor de campo 41D e o sincronismo ocorre no fechamento do disjuntor de grupo 52G A partida ou parada ocorre no momento de transi o do evento grupo parado 44GP Conforme processo de partida e parada da unidade geradora mostrado anteriormente poss vel conhecer os estados operativos da unidade e definir regi es de opera o conforme Tabela 11 Tabela 11 Regi es de opera o da unidade geradora 2 ensaio t min Tempo Dia M s Ano h min s Estado 05 09 2013 15 43 06 MES 05 09 2013 15 43 50 05 09 2013 15 54 50 05 09 2013 15 55 04 Observa se no gr fico da Figura 36 que os sensores apresentam varia
27. o manter a temperatura dos tiristores dentro dos limites de operacao do tiristor Apresentam as seguintes caracter sticas C 6 DISSIPADORES DE CALOR Material Alum nio Fabricante Semikron Resistencia Uso com Refer ncia Comprimento w termica semicondutor 1 1 50W P1 P1 2 100 100 mm A 660 g C W 1 7 35W SKB 15 P5 100 100 mm 1 55 40W SKB 25 SKD 25 280g 1 5 40W SKB 30 SKD 30 82 EHE ES m mV BR Ei iti g z Ls K TE EFT HH rr W EE B EG W AAA ks S Bz m El SI BSI a E ENAME REENEN TAN CA Seri erie TEELE agr 5 ja au RRR S EF GE PR EE Es men 100 Fig 2 Thermal resistance per component vs length 5 Fig 1 Thermal resistance kg m 28 SKB 15 SKB 25 SKD 25 SKB 30 SKD 30 P 5 100 00 Dimensions mm 83 esa Eh WA VA PTI I Hi CELA B o 1 e 531 4 84 M e E Jy I YE uice M sE Ae Il lI pe te TAs AC1 Ju 4 4 4 P P P Is Instala o dos dissipadores de calor no painel
28. quatro repeti es conforme Tabela 3 onde x representa a m dia aritm tica em nm e s o desvio padr o em pm Tabela 3 M dia e Desvio padr o da calibra o Temperatura C 10 20 40 5 6 NE 3109 10 468 1 1532 764 1532 894 1 1 3 109 x x 771 046 163 1 713 954 065 193 j 452 572 S S s S x s x s 1 019 J 9 J 4 271 1 J 6 J J 4 J 36 Para o c lculo da incerteza escolhe se uma faixa a se calcular neste caso optou se por toda a regido de temperatura medida faixa de temperatura de 10 C a 60 C desta forma escolhe se o maior desvio padr o e obt m se a incerteza tipo A devido dispers o das amostras a incerteza dada pela equa o 20 509 yn O fator de abrang ncia usado neste trabalho proveniente da Tabela 4 distribui o t u x 20 student para quatro amostras 4 1 3 e com probabilidade de abrang ncia de 95 45 tem se k 3 31 valor que representa na distribui o normal o dobro do desvio padr o das amostras usualmente adotado para express o de incertezas em laudos de calibra o Para o calculo da incerteza expandida utiliza se a equa o 21 UE exp k ug x 21 onde k fator de abrang ncia u x a incerteza do tipo A devido a dispers o das amostras e Uexp X a incerteza expandida Tabela 4 Tabela t student X 1 84 235 80 2 13 as _ 3 120 33 92
29. sensor FBG comercial e sensor PT 100 KLOE 2012 Tabela 1 Compara o entre as caracter sticas dos sensores FBG e PT 100 Faixa de Tempo de resposta Imunidade Distancia Linearidade y M Temperatura C 0 90 interfer ncia km PT100 200 a 650 18 515 3 1 2 Ensaio do sensor para avaliac o do encapsulamento e medida cruzada O ensaio para a avaliac o do encapsulamento e medida cruzada tem como objetivo avaliar se o encapsulamento de aco adequado para utilizac o como sensor de temperatura e se a fixa o da fibra tica ao encapsulamento influencia a resposta do sensor Desta forma foram desenvolvidos dois sensores de testes ambos com grava o pelo m todo de m scara de fases para o encapsulamento foi utilizado um tubo de a o de dimens es 0 6 x 25 mm O primeiro sensor foi fixado com cola em ambas as extremidades do tubo O segundo sensor em apenas uma extremidade deixando a outra extremidade livre conforme mostra a Figura 19 24 Cola cala aco y FBG Fibra tica sCuAOT 25 mm a Tubo de a o FBG los mm Fibra tica SOS A b Col Figura 19 Desenho do encapsulamento a sensor fixo em ambos os lados b sensor fixo em apenas um lado Para avalia o da resposta em fun o da temperatura dos sensores foi utilizado um arranjo experimental conforme Figura 20 que consiste no interrogador tico termo elemento Peltier com controle di
30. sensores FBG principalmente composto por tr s segmentos principais 1 Dispositivos sensores redes de Bragg para aplica es em sensoriamento 2 instrumenta o dispositivos de interroga o multiplexadores sistemas de aquisi o de dados softwares e interfaces gr ficas e 3 integra o de sistemas e servi os de instala o gerenciamento de projetos de engenharia relacionados com a implementa o de solu es em sensoriamento A demanda mundial atual do volume de sensores FBG est em crescimento constante O mercado de instrumenta o tem crescido progressivamente ao longo dos ltimos tr s anos em parte devido a uma variedade de projetos com novas fibras O volume global de equipamentos de interroga o de FBG est estimado em centenas de unidades por ano com uma taxa de crescimento anual de 20 a 30 O mercado mundial de tecnologias em sensores ticos no ano de 2010 se situava em um bilh o de d lares por ano ECKE 2013 Sensores a fibra tica podem ser usados para medir diferentes mensurandos incluindo temperatura deforma o press o deslocamento campo el trico rota o posi o vibra o entre outros No entanto podem sofrer de sensibilidade cruzada medi o err nea de deforma o e temperatura sobrepostas n o oferecendo dessa forma resultados claros e confi veis das grandezas medidas Da mesma forma podem ocorrer erros nas medi es com sensoriamento tico em ambientes de altas tempe
31. utiliza o na ind stria e Imunidade interfer ncia el trica aplic vel em locais que apresentam harm nicas em frequ ncias mais elevadas por exemplo correntes de chaveamento dos dispositivos semicondutores de pot ncia ou eletromec nicos e Material isolante a fibra tica por ser isolante fundamental no uso de aplica es com contato direto a circuitos energizados como no caso deste trabalho e Sensor passivo O fato de n o necessitar de alimenta o pr xima ao elemento sensor uma caracter stica extremamente desej vel pois permite a transmiss o da informa o por dezenas de quil metros sem a necessidade de amplificadores de sinal O sensor a fibra tica possui caracter sticas que viabilizam a instala o em usinas hidrel tricas Devido necessidade de se conhecer o comportamento t rmico do painel da excitatriz est tica pela equipe de manuten o import ncia econ mica das pequenas centrais hidrel tricas PCHs e pela facilidade de acesso e interven o da usina optou se pelo estudo e instrumenta o na Usina Hidrel trica Deriva o do Rio Jord o UHEDRJ localizada na cidade de Reserva do Igua u no estado do Paran a 5 km da foz do rio Jord o Vertedouro em soleira livre Figura 1 a e uma unidade geradora com pot ncia nominal de 6 5 MW Figura 1 b Possui gerador de polos salientes e excitatriz est tica digital controlada por CLP Sua constru o foi iniciada em maio de 1994 e sua
32. 16 FIGURA 13 GR FICO DA CORRENTE DE CAMPO DE ACORDO COM A CARGA VIGESA 1996 17 FIGURA 14 GR FICO COM A CURVA DE MAGNETIZA O DO GERADOR E PONTO DE OPERA O DO REGULADOR VIGESA 1996 18 FIGURA 15 GR FICO DA CURVA DE CAPABILIDADE DO GERADOR WALTER 2012 a 19 FIGURA 16 REPRESENTA O DO ENCAPSULAMENTO UTILIZADO rr nn nnne ense esse se eese enses 21 FIGURA 17 GR FICO DOS ESPECTROS DOS SENSORES 6 esi oen eva eye Pa yon Ya Era eva aav Ea a vba o EA Vo Fara Va Fo Vr ee Y a Y E v ke 21 FIGURA 18 GR FICO COM A RESPOSTA NO TEMPO DOS SENSORES DE TEMPERATURA PT 100 E FBG 22 FIGURA 19 DESENHO DO ENCAPSULAMENTO A SENSOR FIXO EM AMBOS OS LADOS B SENSOR FIXO EM APENAS UM LADO 24 FIGURA 20 ILUSTRA O DO ARRANJO EXPERIMENTA C uum y Qe uo epo pa bea CER ERE u vno CERE GUN qa a pira EOD C V Te ors aad 24 FIGURA 21 GR FICO DE RESPOSTA DOS SENSORES COM REGRESSAO LINEAR TEMPERATURA O C A 90 C 25 FIGURA 22 ILUSTRA O DOS SENSORES FIXOS A CHAPA DE ALUM NIO a nme enne nnne nennen nun 26 FIGURA 23 GR FICO DA RESPOSTA DOS SENSORES SOLTOS E FIXOS A UMA CHAPA DE ALUM NIO 26 FIGURA 24 FOTOGRAFIA DA MONTAGEM
33. 43 4 SHEN Y et al Switching loss analysis and modeling of power semiconductor devices based on an automatic measurement system IEEE p 853 858 2006 SILVA E V et al Temperature sensing in a 175MW power generator SPIE 8421 22 International Conference on optical fiber sensors OFS 2012 SILVA J C C da MONITORA O DE VIBRA ES DE ESTRUTURAS COM O EMPREGO DE SENSORES EM FIBRA TICA TESE Universidade Tecnol gica e Federal do Paran 2006 SIMAS Eduardo UFBA Dispositivos semicondutores Dispon vel em http www dee eng ufba br home simas 02 EletPot Dispositivos Semicondutores pdf Acesso em 03 08 2013 SOUZA K M VALIDA O DE MODELO T RMICO E EL TRICO DE MOTOR DE INDU O EMPREGANDO REDES DE BRAGG EM FIBRA TICA TRABALHO INDIVIDUAL 2010 SOUZA K M et al Fiber Bragg Grating Sensors in Temperature Monitoring Of Three Phase Induction Motors IMOC 2011 pp 862 866 29 Nov 2011 SOUZA K M et al Validation of an induction motor thermal model by using fiber Bragg grating temperature sensors Proc of SPIE Vol 8421 8421B3 1 2012 SOUZA K M et al Optical fiber Bragg grating sensors applied on energy conversion systems IMOC 2013 VIGESA SADE Manual de opera o e manuten o da Excitatriz Est tica UHEDRJ 1996 VIM INMETRO Vocabul rio Interncaional de Metrologia 2008 Dispon vel em http repositorios inmetro gov br bitstream 10926 290 6
34. 50 segundos In cio da rampa de carga a 5070 segundos com 5 8 MW Para que haja um aumento na pot ncia fornecida pelo gerador ao sistema necess rio que se aumente a pot ncia mec nica neste caso o servomotor deve abrir e permitir que um fluxo maior de gua passe pela turbina Devido s caracter sticas construtivas da turbina e de todo o conjunto hidr ulico h limita es de opera o da turbina por longos per odos na faixa de pot ncia entre 2 5 MW e 3 5 MW chamada de regi o de turbul ncia Observa se uma regi o de turbul ncia entre os tempos de 4945 a 4983 segundos No momento 5284 segundos a unidade geradora desconectada do sistema e retirada a excita o do gerador com a abertura do disjuntor de 49 grupo e de campo respectivamente Em 5613 segundos a unidade retorna ao sincronismo e inicia uma nova rampa de carga com comportamento similar rampa anterior Observa se que a temperatura aumenta com uma taxa mais baixa mesmo com pot ncia ativa nula t 5250 s pois neste caso reduz se a corrente de campo mas como n o alcan ou o equil brio a temperatura permanece aumentando A temperatura s come a a cair na abertura do disjuntor t 5300 s Os resultados da Figura 35 permitem indicar a condi o da unidade geradora de forma indireta pois a pot ncia ativa influencia na excitatriz e na temperatura dos tiristores 47 0 46 5 46 0 POT NCIA ATIVA J 6 TEMPERATURA O1 45 5
35. 509528 DRIGILS DRU RAT Disjuntor Compo Fechado Geral ligado 16256408 DWMiLS DRI RAT Disjuntor Compo Fechado Serial 1627559505 DRI Comando do Grupo em Manual Desea 163440060 DRIASLRR ORI Chave Seetora PE Remoto Automatico Desigada 163410410 ORM3IRL DRI Chave Seletora PE Local Manual 163613687 DRM3M ORI Comando do Grupo em Manual Ugo 163625850 DRI4ID DRI RAT Disjuntorde Campo abeo atuado 163625850 DH DRI RAT Disjuntorde Campo Fechado Desatuado 163444387 DRMIDS ORIRAT Disjuntor Compo Aberto Serial _ 163644670 DRIGSORV ORIRHV GleoPress oNormal gado 163553030 DRIS3POSC ORI Distribuidor Posi o sem Carga 163553100 DRI33PDF DRU Distribuidor Fechado Awado 163552680 DRI REV Controle Autom tico Atado 163553960 DRU REV Velocidade gt 95 163621999 REV Velocidade lt 30 Awado 163624550 DRITaN30 DR REV Velocidade lt 30 163624560 DRU REV Velocidade lt 30 163628780 DRJ1AN0 DAI REV Velocidade lt 30 154209260 ORIEIPER ORI Parada Emerg ncia via REVIPIC OPE Arado
36. 532 3486 0 01107 1 932 9 Sensor 1 Slope 0 01344 2 84296E 4 1532 7 1532 6 1532 5 1532 4 Sensor 1 Comp de Onda nm 10 20 30 40 50 60 Temperatura C Figura 26 Gr fico da caracteriza o dos sensores 1 e 2 34 Ep Equati b Barra de quation y atb x x 1543 4 Adj R Squar 0 99733 c 1543 3 Value Standard Err ut DE Sensor 4 Intercept 1542 6637 0 01119 S 1543 2 sensor 4 Slope i 0 01242 2 87448E 4 5 1543 1 o 1543 0 E i geh Se s r4 E 15428 E O 1542 7 10 20 30 40 50 60 Temperatura C 1540 5 1540 4 aa Barra de Erro E 1540 3 Value Standard Erro x a a pet 1540 2 HSensor3 Intercept 1539 5683 0 00735 2 1540 1 Sensor 3 Slope 0 01406 1 88708E 4 1540 0 1539 9 o 1539 8 1539 7 Reno O 1539 6 10 20 30 40 50 60 Temperatura C Figura 27 Gr fico da caracteriza o dos sensores 3 e 4 1551 9 Equation y a b x 1551 8 Adj R Squa 0 99904 Barra de Erro E 15517 Vas Standard Em Compriment Intercept 1551 077 0 00671 1551 6 Compriment Slope 0 01242 1 72341E 4 6 15515 eee a o 15514 i o 1951 3 E x E E 1551 2 ESL O 1551 1 10 20 30 40 50 60 Temperatura C 1546 4 Equation b x t 1546 3 H R Squar 0 99887 Barra de Erro amp 1546 2 Value Standard Erro vA x Compriment Intercept 1545 600 0 00689 1546 1 Compriment Slope 0 0118 1 77016E 4 io O 1546 0
37. Conteudo VIM 2008 pdf Acesso em 06 2012 63 WALTER L C Carta de Capabilidade dispon vel em http www ebah com br content ABAAAAarEAG curvas capabilidade geradores hidroeletricos Acesso em 31 10 2012 WIKI Transfer ncia de calor dispon vel em http pt wikipedia org wiki Transfer ncia de calor Acesso em 09 2012 WIKI Condutividade T rmica dispon vel em http pt wikipedia org wiki Condutividade t rmica Acesso em 07 2013 WILLSCH R et al Optical fiber grating sensor networks and their application in electric power facilities aerospace and geotechnical engineering pp 49 54 vol 1 2002 WILLIAMSON A Cann R G Williams B W Calculation of Power Losses in Thyristor Converters IEEE Trans Ind Electron Vol IE 31 No 2 pp 192 200 1984 64 AP NDICE A PUBLICA ES RESULTANTES DESTA DISSERTA O O desenvolvimento do encapsulamento a caracteriza o procedimento de calibra o e express o das incertezas de calibra o resultaram na publica o de um artigo em congresso nacional MOMAG 2012 BORTOLOTTI 2012 A instalac o dos sensores na UHEDRJ aquisic o e an lise dos dados resultou na publicac o de um congresso internacional EWOFS 2013 PROBST 2013 Os resultados obtidos anteriormente em conjunto com diversos trabalhos do grupo de pesquisa resultaram na publica o de outro congresso internacional IMOC 2013 SOUZA 2013 65 AP NDICE B LISTA DE EVE
38. ESA 1996 15 Observa se que a tens o m xima sobre o tiristor tanto na polariza o direta quanto na polariza o inversa a tens o de linha ou seja a diferen a de potencial entre duas fases Conforme Figura 9 poss vel observar que cada par de tiristores conduzem por 1 3 do per odo desta forma a corrente m dia de cada tiristor dada pela equa o 10 I 1 10 T 10 sendo Ir a corrente m dia do tiristor e J a corrente m dia na carga A partir do controle do ngulo de disparo poss vel produzir tens es positivas ou negativas Para tens es e correntes positivas utiliza se a faixa O a 90 e para tens es negativas a faixa 90 a 160 Na Figura 10 mostrado o comportamento ideal onde a reat ncia de comuta o e resist ncia s o desprezadas ngulo de disparo 0 30 060 90 120 150 AB AC BC BA Tens o V Figura 10 Gr fico da tens o de sa da de acordo com o ngulo de disparo ideal VIGESA 1996 A comuta o consiste na transfer ncia de corrente de um tiristor para outro e n o ocorre instantaneamente devido reat ncia de comuta o portanto alguns fatores devem ser observados e Na transfer ncia de corrente durante a comuta o ocorre um atraso em graus chamado de ngulo de comuta o u 16 e Queda de tens o proporcional corrente que est sendo comutada e Reat ncias da fonte transformador de excita o devem ser
39. GA ORI Gerador Freios Aplicados Awado 1195030110 DRITaN30 DAY REV Velocdede lt 30 mao 165030120 DRU REV Velocidade lt 30 Demuado 16512454 DRIAAMPE ORI Maquina Parada EstabizadaS Arado 165145254 DRMAEPPN ORI Pedido de Parada Normal SERJ 165212450 DRIGSISK DRI REV Controle Autom tico Demuado 165212450 DRI33PDF Distribuidor Fechado 165212450 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga muo 165712450 DRIGSSDX ORI V lvula Fechamento Emerg ncia Aberta Atado 165213490 DRSSDM DR REV Maquina em Movimento atuo 165214684 DRIAAMPE ORI Maquina Parada Estabiieada5 Demwado 165217030 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga 165219500 omiawso ORIREV Velocdede lt 30 Auado 165219610 DRJ14N0 DRU REV Velocidade lt 30 Demuado 165229010 omaes DRU REV Velocidade gt 95 165229250 DI DRI RAT Disjuntor de Campo Fechado Arado _ 165220564 DRIGILS DR RAT Disjuntor Compo Fechado era gado 165233280 DR REV Velocidade gt 1014 165253280 DRISSPDSC DAI Distribuidor Posi o sem Carga
40. IMAS 2013 O tiristor permite a passagem de corrente em apenas uma dire o do anodo A para o catodo K e somente ap s a atua o do gatilho ou Gate G Para que ocorra a condu o necess rio que se tenha uma corrente de gatilho e que o dispositivo esteja diretamente polarizado ou seja tenha uma tens o positiva no anodo conforme ilustra a Figura 4 a Para que ocorra o bloqueio necess rio que se inverta a tens o no gatilho conforme Figura 4 b Figura 4 Desenho esquem tico da polariza o do tiristor a condu o e b bloqueio SIMAS 2013 11 Para que se mantenha a condu o necess ria uma corrente m nima Ip circulando entre o anodo e o catodo Na Figura 5 poss vel observar a curva caracter stica volt ampere de um tiristor Nota se que para a polariza o reversa h uma tens o que permite a condu o Retificadores trif sicos controlados devem ser projetados para n o operar pr ximo a esta faixa Normalmente a tens o m xima sobre o componente n o deve ser maior que 1 3 da m xima tens o reversa ou peak inverse voltage PIV Corrente A Curva ap s o disparo Polarizado Diretamente Aumento de tens o at o disparo PIV H Tens o V Polarizado Reversamente Figura 5 Curva caracter stica de um tiristor SIMAS 2013 Os tiristores n o trabalham como chaves ideais na pr tica possuem limita es como fuga de corrente quando em bloqueio e
41. NTOS DO SISTEMA DE SUPERVIS O UHEDRJ Ap s a instala o dos sensores na ponte retificadora ocorreu a partida da unidade para realiza o de ensaios funcionais do regulador de velocidade e rel s de prote o do gerador Foram realizadas quatro partidas na unidade nas demais partidas apenas excita o com o gerador sem carga na ltima partida ocorreu o sincronismo com o sistema el trico Na Tabela 12 poss vel observar o estado em cada momento de tempo e correlacionar com os dados de temperatura mostrados nos gr ficos Tabela 12 Lista de Eventos SSC UHEDRJ 28 09 2012 Tempo Tag Valor Estado 152911120 DWseor DR Distribuidor Fechado LIS291 0 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga Awado _ 152913740 DAUSSDM DRI REV Maquina em Movimento 55515254 DRMIDS DA RAT Dijuntor Compe Aberto Geral besiess 155917404 DRU RAT Disjuntor Compo Fechado Geral ligado 155923604 DRIAILS DR RAT Disjuntor Compo Fechado Serial _ 161054220 DH DR RAT Disjuntorde Campo Fechado Desatuado 161055541 DAMOS DR RAT Disjuntor Compo Aberto Sera ligado 1631346931 ORIMIDS DR RAT Disjuntor Compo Aberto Serial Desigado 162508070 DRIAL DRI RAT Disjuntorde Campo Fechado Awado 162
42. OTTI Fernando THERMAL STUDY Or GENERATOR STATIC EXCITER IN HYDROELECTRIC RIO JorD O USING OPTICAL FIBER SENSORS Dissertation Electrical Engineering Graduate Program Federal Technological University of Paran Pato Branco Brazil 2013 This work aims to study the static exciter thermal behavior of the hydroelectric power plant Rio Jord o UHEDRJ using fiber Bragg gratings as temperature sensor The components of the static exciter are presented with a focus on three phase thyristor controlled bridge rectifier The calibration allows knowing the errors and uncertainties of the sensors and the greatest uncertainty contributions due to dispersion of the samples and adjusting the curves by the method of minimun squares The static exciter instrumentation allows performed the tests in various operating conditions of the generating unit starting unit excitation empty with the generator energized but not connected to the grid excited and synchronized energized and synchronized with the power grid ramp load to rated load and the unit stopped The tests allow to estimate the thermal behavior of the bridge rectifier temperature variations of each thyristor in the panel and how occur the thermal dissipation Keywords thyristor three phase controlled bridge rectifier excitation system static exciter optoelectronic instrumentation fiber Bragg gratings optical fiber sensor LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 FOTOGRAFIAS DA UHEDRJ EM A
43. TRO 2008 era 19 V12 Neste trabalho foram consideradas as incertezas do interrogador tico calibrador de processos e dos sensores de temperatura No caso de instrumentos com laudo de calibra o deve se considerar a incerteza expandida dada no laudo de calibra o dividida pelo fator de abrang ncia assim obt m se a 33 incerteza padr o O valor usado do fator de abrang ncia usado neste trabalho proveniente da tabela de distribui o t student devido ao n mero reduzido de amostras Para n mero de amostras igual ou superior a trinta usa se a distribui o normal CABRAL 2008 3 1 3 2 Resultados Para a obten o dos resultados de calibra o dos sensores de temperatura foi utilizado o sistema de teste conforme ilustrado na Figura 24 Os resultados da Figura 26 Figura 27 e Figura 28 foram obtidos a partir da exposi o dos sensores temperatura de 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C e 60 C Foram realizadas quatro repeti es os valores apresentados consistem na m dia das quatro repeti es 1 537 7 Equation y a b x x 1537 6 Ad R Squar 0 99886 Barra de Erro Value Standard Err 1537 5 Hsensor2 Intercept 1536 940 0 00722 1537 4 5ehsw Ton o m 1537 3 1537 2 1537 1 1537 0 Sensor2 Comp de Onda nm 10 20 30 40 50 60 Temperatura C 1533 2 Barra de Erro Equation y a bx 1933 1 Flag R Squa 0 99777 1 533 0 Value Standard Err A Sensor 1 Intercept 1
44. UNIVERSIDADE TECNOL GICA FEDERAL DO PARAN PROGRAMA DE P S GRADUACAO EM ENGENHARIA EL TRICA FERNANDO BORTOLOTTI ESTUDO T RMICO DA EXCITATRIZ EST TICA DO GERADOR DA USINA HIDREL TRICA DERIVA O DO RIO JORD O USANDO SENSORES A FIBRA TICA DISSERTA O PATO BRANCO 2013 FERNANDO BORTOLOTTI ESTUDO T RMICO DA EXCITATRIZ EST TICA DO GERADOR DA USINA HIDREL TRICA DERIVACAO DO RIO JORD O USANDO SENSORES A FIBRA TICA Disserta o apresentada como requisito par cial para a obten o do grau de mestre em Engenharia El trica Universidade Tecno l gica Federal do Paran Campus Pato Branco rea de concentra o Sistemas e Processamento de Energia Orientador Prof Dr Jean Carlos Cardozo da Silva PATO BRANCO 2013 Bortolotti Fernando Estudo t rmico da excitatriz est tica do gerador da usina hidrel trica derivac o do Rio Jord o usando sensores a fibra tica Pato Branco UTFPR 2013 84 f il 30 cm Orientador Prof Dr Jean Carlos Cardoso da Silva Dissertac o Mestrado Universidade Tecnol gica Federal do Paran Programa de P s Graduac o em Engenharia El trica Pato Branco 2013 Bibliografia p 60 63 1 Sensor a fibra tica 2 Redes de Bragg 3 Tiristor 4 Ponte retificadora trif sica controlada Silva Jean Carlos Cardoso da orient Il Universidade Tecnol gica Federal do Paran Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica IIl T tulo CDD 22
45. USADA PARA A CARACTERIZA O 28 FIGURA 25 GR FICOS DAS INCERTEZAS DEVIDO REGRESS O LINEAR eese eene nennen een nennen rnnt essetis 31 FIGURA 26 GR FICO DA CARACTERIZA O DOS SENSORES 1 E 2 ccceccecceecceccuscucsecseuseuseuceeseeseeseuseuseeseuseuseeeeesseuseuseseeeseuees 33 FIGURA 27 GR FICO DA CARACTERIZA O DOS SENSORES 4 34 FIGURA 28 GR FICO DA CARACTERIZA O DOS SENSORES 5 E vl ist e en x a sU eR REA 34 FIGURA 29 FOTOGRAFIA DO SENSOR FBG INSTALADO NOS DISSIPADORES DE CALOR DOS TIRISTORES NA UHEDRUJ 41 FIGURA 30 GR FICO DA TEMPERATURA EM FUN O DO TEMPO hen hnnheihe rin iesus ea se esses esses se eese stents 44 FIGURA 31 RELA O ENTRE TEMPERATURA E CORRENTE DE CAMPO 0 60005 45 FIGURAS 2 CURVA DE AGUECIMENTO O 10005 ade u doa e am l A ut OE A Eig das Pe pesos tone 46 FIGURA 33 CURVA DE RESFRIAMENTO 2000 30005 nnne n nnne innen nennen 47 FIGURA 34 AQUECIMENTO NA REGI O RAMPA DE CARGA 4500 5500 S sssecccccessecececceeeeecesceeeeeceseueesesseueeeeessueneess 48 FIGURA 35 RELA O POT NCIA ATIVA E TEMPERATURA 4700 59005
46. VERTEDOURO E B PISO DO GERADOR 5 FIGURA 2 DIAGRAMA DO SISTEMA DE EXCITA O VIGESA 1996 a nnns sna enne nna 9 FIGURA 3 TIRISTOR A S MBOLO E B DIAGRAMA EL TRICO EQUIVALENTE A TRANSISTORES SIMAS 2013 10 FIGURA 4 DESENHO ESQUEM TICO DA POLARIZA O DO TIRISTOR A CONDU O E B BLOQUEIO SIMAS 2013 10 FIGURA 5 CURVA CARACTER STICA DE UM TIRISTOR SIMAS 2013 nennen enne nnne essen nnns 11 FIGURA 6 CIRCUITO EL TRICO EQUIVALENTE DO TIRISTOR EM CONDU O SIMAS 2013 12 FIGURA 7 DIAGRAMA EL TRICO EQUIVALENTE DO MODELO T RMICO DO TIRISTOR MOTTO 1995 13 FIGURAS DIAGRAMA DAPONTERETIFICADORBA ol SSS eR EPOR ER EROR equ usa Sa e E O ru MEE 14 FIGURA 9 GR FICO DA CONDU O DOS TIRISTORES VIGESA 1996 enne nennen nnns 14 FIGURA 10 GR FICO DA TENS O DE SA DA DE ACORDO COM O NGULO DE DISPARO IDEAL VIGESA 1996 15 FIGURA 11 GR FICO DA TENS O DE SA DA DA PONTE PARA ATRASO DE 60 VIGESA 1996 16 FIGURA 12 GR FICO DA TENS O DE SA DA DA PONTE PARA ATRASO DE 90 VIGESA 1996
47. a No cap tulo 5 s o realizadas as considera es finais e proposta para trabalhos futuros 2 SISTEMA DE EXCITA O DE GERADORES EL TRICOS O sistema de excita o tem a fun o de controlar e manter a tens o do gerador em valores pr determinados mesmo com oscila o de carga Deve controlar a tens o de excita o de forma a manter a estabilidade do gerador e o sincronismo com a rede A tens o terminal em um gerador induzida pela varia o do fluxo magn tico no enrolamento de campo Para velocidade constante apenas com o controle da corrente de campo poss vel controlar a tens o do gerador A tens o alternada da sa da do gerador fornece energia el trica ao transformador de excita o cuja fun o reduzir a tens o a valores compat veis com o da tens o de excita o em seguida esta onda retificada pela ponte trif sica controlada por tiristores A excitatriz por ser alimentada pelo pr prio gerador chamada de autoexcitada desta forma necess rio fornecer energia ao campo com uma fonte externa e ap s alguns segundos o pr prio gerador ser capaz de suprir a energia necess ria para a excita o Este processo chamado pr excita o iniciado quando a rota o ultrapassa 95 da rota o nominal A fonte utilizada proveniente de carregadores de baterias linha externa ou gerador diesel Quando da aus ncia das demais fontes utiliza se o banco de baterias O processo de pr excita o conclu
48. a 340A e a temperatura apresenta um crescimento exponencial variando de 22 C a 62 C Ap s a estabiliza o observa se que uma queda na corrente impacta na redu o de temperatura como pode ser observado ap s 480 minutos onde a temperatura reduz de 62 C para 56 C no tempo 680 minutos No tempo 930 minutos ocorre um crescimento na temperatura devido a um aumento na corrente de campo a corrente de campo aumenta de 296A para 368A e a temperatura 54 aumenta de 57 C para 66 C no tempo 1150 minutos Observa se que no momento 1150 minutos ocorre o maior valor de corrente de campo neste momento a temperatura de 66 C A maior temperatura observada ocorre em 1400 minutos com o valor de 68 C 400 O G 300 D m lt a4 om 5 m E lt 200 m 4 O oO gt lt LLI U E 100 O Temperatura gt Corr Campo c 0 O 200 400 600 800 1000 1200 1400 TEMPO min Figura 40 Gr fico da temperatura em rela o corrente de campo 22 etapa De uma forma geral a temperatura depende da corrente de campo uma varia o na corrente de campo causa uma varia o diretamente proporcional a temperatura A temperatura ambiente um fator que tamb m deve ser considerado este fator ajuda a explicar o valor m ximo de temperatura observado durante os ensaios O maior valor de corrente ocorre aproximadamente 11h00min AM do dia 06 09 2013 o maior valor de temperatura ocorre as 03h30
49. a Unidade Acoplado 5 Set 15 54 40 OperatorLog Ativar sse 15 5532 Operatortog DRI RAT Comando aumentar Terso TO _ sse 15 5525 ORWARGS DRI RAT Potencia Reativa sera sara DRJ V lvula Difusora Aberta Desatuado 00 7 5 Set 16 59 46 DRJVARG S DRJ RAT Pot ncia Reativa Serial Baixa 0 8 MVAr 5 set 17 0010 DAWARGS DRI RAT Potencia Bestia Sera fava 09MM 170032 Opertorog ORI RAT Comando AumentarTensio 233554 operatoro ORI RAT Comando Diminuir tesso sse 253400 ORIVARGS ORI RAT Potencia Bestia Seal Ato sse 104843 DINARS ORI RAT Pot ncia Beata Sera Ako OSMA Ts 0731 07 operarios ORI RAT Comando Diminuir tesso 0753105 oawamGs DRI RAT Pot ncia Bestia Seal Ako 155826 DAWARGS DU RAT Pot ncia Bestia Sera tava 09MM set 185913 Operatortog DRI RAT Comando Aumentar tesso rs 233651 Operatortog DRI RAT Comando Diminuir Tens o DRJ REV Rota o da Unidade REV Rota o da 8 Set 16 08 38 DRJRPM Unidade Alta 600 0 rpm O iw sse 184426 DIVARGS ORI RAT Potencia Gere Boba sse 185206 ORWARGS ORI RAT Potencia Bestia Seal Ako 02MM 2185210 DAWARGS DRI RAT Pot ncia Bestia 6 193552 ORIWARGS DU RAT Pot ncia Bestia Sera fava 202141 DAWARGS DRI RAT Pot ncia
50. a em confiabilidade Operador Nacional do Sistema Pequena Central Hidrel trica M xima tens o de condu o reversa Por unidade Rota es por minuto Sistema Interligado Nacional Sistema de supervis o e controle Transformador de potencial Usina Hidrel trica Usina Hidrel trica Deriva o do Rio Jord o Universidade Tecnol gica Federal do Paran Ultravioleta LISTA DE S MBOLOS Unidade de medida de corrente Amp re Capacit ncia Resolu o Varia o da temperatura na jun o do transistor K Tens o entre anodo e catodo durante a condu o V Corrente de campo A Frequ ncia Hz Valor eficaz da corrente A Corrente de manuten o da condu o A Corrente m dia na carga A Corrente m dia de anodo A Corrente m dia do tiristor A Fluxo de calor W m K Indutivo Fator de abrang ncia Capacidade t rmica do material dissipador Unidade de medida usada para Pot ncia Aparente soma vetorial entre pot ncia ativa e reativa rea por onde flui calor entre o componente e o dissipador Comprimento de onda nm Comprimento de onda de Bragg nm Unidade de medida de Pot ncia Reativa Unidade de medida de Pot ncia Ativa N mero total de amostras ndice de refra o eficaz Pot ncia Pot ncia dissipada durante a condu ao tiristor Resist ncia Circuito formado por resistor e capacitor Resist ncia em conducao Desvio padr o Temperatura Tempo Temperatura ambiente Temperatur
51. a m xima Constante de tempo Incerteza padr o ngulo de comuta o no chaveamento de tiristores Vcc Vca Var Vf Vg Unidade de medida de tens o Volts Tens o el trica cont nua Tens o el trica alternada Unidade de pot ncia reativa Tens o de campo Tens o de sa da do gerador Unidade de pot ncia ativa M dia aritm tica de uma amostra SUM RIO i ANTRODUCAO eee 1 1 1 Perspectivas e motiva es cccescccsecceseccenccceucccaucceseccsaucensucceeeceueessusensecteuseeaeesasessusensusesens 1 1 2 Redes de brase em TIDESOLICa u Bee rv d deese ttes Sup tei u us u ee 2 1 2 1 Caracter sticas das redes de Bragg em fibras 3 1 3 ODICTIVOS NN RR EI TU E EE 6 1 3 1 ODJStiVO Geraldo DT mee mmt 6 1 3 2 Objetivos ESPECIICOS Cone u uuu Dau bue prs Seo 6 1 4 Organizacao dd Dissertacao desde tein n adis Veo Qu M eR E Vae eu UE au us oL MAD NO CMS quU 7 2 SISTEMA DE EXCITA O DE GERADORES EL TRICOS 8 2 1 Ponte Fetific ad OMe xu s y 10 2 2 Regioes qe opera o do Cel a0 OF asia Ent aa ua Si 17 2 3 Curvade capabilidade do Peras 18 2 4 Protecao a00 sistema 19 3 MATERIAIS E METODOS hd ainda ab a u Ass 20 3 1 Desenvolvimento dos Sensores sn teaser u aea e RE y MEN 20 3 1 1 En
52. ampo e excita o da unidade este crescimento ocorre por um tempo aproximado de 50s em seguida o crescimento apresenta um comportamento quase linear explicado por uma exponencial com tempo elevado Para explicar este comportamento deve se considerar a Equa o 9 onde a exponencial com a menor dura o ou menor tempo determina o in cio da curva e a componente com maior dura o o final da curva Desta forma o aumento de temperatura de forma exponencial no in cio da excita o ocorre devido s constantes de tempo de menor dura o e em seguida a varia o de temperatura ocorre de forma quase linear Isto mostra que a maior constante de tempo n o foi atingida ou seja n o se chegou a uma regi o de equil brio t rmico 350 Corrente de Campo Temperatura 300 250 200 150 TEMPERATURA C 100 CORRENTE DE CAMPO A 50 3 O 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 TEMPO s Figura 32 Curva de aquecimento 0 1000s 47 A ventilac o do painel e dissipadores de calor aumentam a troca t rmica para o resfriamento do tiristor Observa se na Figura 33 um decaimento exponencial no momento da abertura do disjuntor de campo desexcita o por um tempo aproximado de 50s e em seguida com taxa quase linear Corrente de Campo 250 Temperatura a 200 lt lt 5 150 5 gt Lu or O LLI 100 E Y X 50 8 38 2000 2200 2400 2600 2800 3000 TEMPO s
53. ara medida de temperatura e alta tens o Tese de Doutorado COPPE UFRI 2010 ANEEL Banco de Informa es de Gera o Ag ncia Nacional de Energia El trica Dispon vel em http www aneel gov br Acesso em 15 de Novembro de 2012 BAZZO J P et al Thermal characteristics analysis of an igbt using a fiber bragg grating Optics and Lasers in Engineering v 50 p 99 103 2012 BAZZO J P et al Digital control system using a thermoelectric cell for temperature electronic devices testing in IEEE Latin American Symposium on Circuits and Systems pp 4 7 2010 BORTOLOTTI F et al Packaging Caracterization and Calibration of Fiber Bragg Grating Temperature Sensors MOMAG Jo o Pessoa Para ba 2012 BRUCKNER T BERNET S Estimation and measurement of junction temperatures in a three level voltage source converter IEEE Transactions on Power Electronics Vol 22 No 1 Jan 2007 CABRAL P Erros e incertezas nas medi es Dispon vel em www peb ufrj br cursos ErrosIncertezas pdf Acesso em Jul de 2012 CULSHAW B Fiber Optic sensors Application and Advances ISSN 0733 8724 2005 CULSHAW B Kersey A Fiber Optic Sensing A Historical Perspective IEEE J Lightw Technol Vol 26 No 9 2008 ECKE W SCHMITT M W Fiber bragg gratings in industrial sensing IEEE OFC NFOEC 2013 FUJII K et al Characterization ans comparison of high blocking voltage IGBTs ans IEGTs under hard a
54. com os mesmos comportamentos Ap s o sincronismo em 4570 segundos h uma regi o com v rias inclina es ou seja varia es de temperatura com taxas dT dt distintas em cada per odo Nesta etapa ocorrem varia es na corrente de campo de forma a controlar a tens o do gerador causando a diferen a de inclina es Um comportamento similar ocorre ap s o segundo sincronismo em 5632 segundos Em torno de 5800 segundos ocorre o t rmino da aquisi o dos dados 44 Ainda na Figura 30 observa se que os seis sensores apresentam varia es na mesma tend ncia mas com amplitudes diferentes Estima se que devido disposi o no painel os tiristores dois tr s e seis por estarem localizados na parte superior apresentam maiores temperaturas O tiristor dois localizado na lateral esquerda apresenta o maior aquecimento Desta forma a temperatura maior nos tiristores localizados da esquerda para a direita e de baixo para cima A menor temperatura apresentada pelo tiristor cinco localizado no canto inferior esquerdo Outra fonte de calor importante no painel o disjuntor de campo Ele est localizado na lateral direita do painel o que ajuda a explicar o motivo dos tiristores localizados do lado direito apresentarem temperaturas mais elevadas Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 TEMPERATURA C O 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 5400 6000 Tempo s Figura 30
55. conclus o ocorreu em outubro de 1996 entrando em opera o em dezembro de 1997 Figura 1 Fotografias da UHEDRJ em a Vertedouro e b Piso do Gerador Os resultados obtidos neste trabalho servir o como base de compara o para avaliar uma poss vel degrada o de acordo com a temperatura de funcionamento ou picos de temperatura sobre os semicondutores de pot ncia bem como avaliar defici ncias nas trocas t rmicas por ac mulo de sujeira ou mau contato 1 3 OBJETIVOS 1 3 1 Objetivo Geral Para que se possa fazer manuten o preventiva no sistema de excita o necess rio que se conheca o comportamento t rmico do painel A aus ncia de estudos na rea de medi o de temperatura em retificadores trif sicos controlados e as limita es no uso de sensores convencionais fez se a necessidade de utilizar instrumenta o com redes de Bragg em fibra tica para conhecer o comportamento t rmico da ponte de tiristores Os resultados deste trabalho dever o contribuir para um melhor entendimento do sistema de excita o melhorar t cnicas de manuten o e consequentemente aumentar a confiabilidade do equipamento O conhecimento da distribui o t rmica no interior do painel em funcionamento normal poder servir como refer ncia e desvios poder o indicar uma falha ou mau funcionamento do equipamento 1 3 2 Objetivos Espec ficos Para atingir o objetivo geral do trabalho foram estabelecidos objetivos espec ficos a
56. consideradas e Queda de tens o em pu equivalente metade do valor de reat ncia em t e Queda de tens o em pu possui o mesmo valor da resist ncia em pu Conforme pode se observar nas Figura 11 e Figura 12 a comuta o de um tiristor para outro ocorre com perda de energia e distor o na forma de onda gerando desta forma calor e ru do de chaveamento As caracter sticas de chaveamento s o influenciadas pelo tipo de carga resistiva capacitiva ou indutiva e a distor o proporcional ao valor da carga ou seja quanto maior o valor de carga maior a contribui o da reat ncia e resist ncia de comuta o e maiores as perdas Tens o V Tens o V Carga Baixa t Carga Alta Figura 11 Gr fico da tens o de sa da da ponte para atraso de 60 VIGESA 1996 Tens o V Carga Indutiva Alta Carga Indutiva Moderada Figura 12 Gr fico da tens o de sa da da ponte para atraso de 90 VIGESA 1996 17 2 2 REGI ES DE OPERA O DO GERADOR A excitatriz possui um controle que responde a varia es de carga no gerador alterando as tens es e corrente de campo de forma a se manter constante a tens o do gerador As cargas podem ser classificadas em resistivas capacitivas e indutivas Para cada uma delas a corrente de campo possui um comportamento conforme se pode observar na Figura 13 VIGESA 1996 if Carga Indutiva Carga Resistiva Carga Capacitiva Carga F
57. da da unidade geradora mostrado anteriormente poss vel conhecer os estados operativos da unidade e definir regi es de opera o conforme Tabela 10 Para a an lise t rmica s o importantes os momentos de excita o sincronismo rampa de carga e desexcita o pois ocorre varia o na corrente de campo a mesma conduzida pelos tiristores 43 Tabela 10 Regi es de opera o da unidade geradora 19 ensaio t s Tempo h min s Estado ___ 1375 2074 2930 3500 4395 4417 4421 4570 4850 5284 5615 5652 5700 Na Figura 30 s o apresentadas as curvas de resposta dos sensores de temperatura medidas pelos sensores ticos No in cio todos os sensores est o em equil brio com a temperatura ambiente em torno de 24 C em seguida h um aumento de temperatura nos sensores na regi o excitada entre os tempos 50 e 1080 segundos Ainda poss vel observar curvas com crescimento exponencial pr ximo do momento da excita o e em seguida quase linear No momento da desexcita o ocorre o inverso h uma queda de temperatura exponencial e ap s alguns segundos com comportamento quase linear ocorre uma nova excita o em 1185 s Durante a segunda excita o observa se um comportamento similar ao primeiro aquecimento com dura o menor Em 1350 segundos ocorre uma nova desexcita o e um comportamento de resfriamento similar ao primeiro resfriamento Ocorrem mais quatro excita es e tr s desexcita es
58. de forma a se monitorar a unidade geradora e os equipamentos auxiliares A partida manual mais lenta pois cada etapa do processo de partida deve ser comandada pelo operador ap s a condi o satisfeita Na partida em modo autom tico o comando da pr xima etapa inicia no mesmo instante da atua o da pr condi o No comando em autom tico poss vel escolher a partida a vazio marcha a vazio a vazio excitada ou acoplada marcha acoplado Na partida a vazio h o comando de partida da turbina sem a excita o do gerador A unidade ap s a partida apresenta rota o nominal mas sem excita o ou seja sem tens o no gerador Na partida em marcha a vazio excitada ocorre a partida da unidade at a rota o nominal e em seguida ocorre o fechamento do disjuntor de campo excitando a unidade Nesta situa o o gerador apresenta tens o el trica em seus terminais A nica carga neste momento excita o do gerador Na partida em marcha acoplada realizado todo o processo de partida excita o incluindo o sincronismo com a rede Permite se desta forma que a unidade geradora forne a energia para o sistema Nos eventos da Tabela 12 Anexos poss vel determinar o momento da excita o da unidade durante o fechamento do disjuntor de campo 41D e o sincronismo ocorre no fechamento do disjuntor de grupo 52G A partida ou parada ocorre no momento de transi o do evento grupo parado 44GP Conforme processo de partida e para
59. design with single sided cooling International standard case e Off state and reverse voltages up to 1800 V Amplifying gate Typical Applications DC motor control e g for machine tools e Controlled rectifiers e g for battery charging e AC controllers e g for temperature control Recommended snubber network e g for Vyrms lt 400 V R 33 0 32 W C 1 pF 73 Irams 1400 A maximum value for continuous operation Izay 600 A sin 180 DSC T 86 SKT 600 08D SKT 600 12E SKT 600 14E SKT 600 16E SKT 600 18E Conditions sin 180 100 85 C 2 x P8 180 T 45 C B2 B6 2 x P8 180 F T 35 C B2 B6 2 x P8 180 T 45 C W1C Ty 25 10 ms 4 125 C 10 ms y 25 C 8 3 10 ms 125 C 8 3 10 ms T 25 C 1 A di dt 1 A us Vp 0 67 Vorm 47 125 G Ty 125 C SKT D SKT E ye 125 Ty 25 C typ max Ty 25 C typ max vj Ty 25 C d c Tj 125 C d c Ty 125 C d c sin 180 DSC SSC rec 120 DSC SSC DSC SSC mounting force approx 06 08 2007 MAJ Values 437 620 400 560 1060 1500 440 max 500 1000 100 200 150 500 500 2000 min 3 min 200 max 0 25 max 10 0 038 0 04 0 082 0 045 0 093 0 007 0 014 40 125 by SEMIKRON NN 0055N0045N NN 0 06 N0 05 N 0 NN N
60. do as motiva es e desafios de se monitorar dispositivos semicondutores de pot ncia 1 1 PERSPECTIVAS E MOTIVA ES O sistema el trico de pot ncia apresentou profundas transforma es o racionamento de energia a privatiza o de empresas estatais novas regras para concess o e necessidades das concession rias exigem estudos e melhorias na qualidade confiabilidade e continuidade de fornecimento de energia Desta forma faz se necess rio o desenvolvimento de novas t cnicas de manuten o em usinas hidrel tricas de forma a permitir que o sistema interligado nacional SIN opere com alta confiabilidade e baixa taxa de falhas As novas t cnicas de manuten o tendem a determinar desvios do funcionamento de um equipamento antes mesmo de prejudicar suas fun es permitindo um planejamento melhor de paradas para manuten o Estas t cnicas s o denominadas preditivas e consistem no monitoramento peri dico ou cont nuo do processo por meio de instrumenta o Existem diversos sensores utilizados para monitoramento dentre eles destaca se os sensores ticos pelas suas caracter sticas sensibilidade tempo de resposta e imunidade a interfer ncia eletromagn tica Sensores ticos s o utilizados para monitoramento de vari veis como temperatura deforma o press o e vibra o permitindo desta forma sua utiliza o em diversos setores como por exemplo na constru o civil pontes barragens estruturas em geral ECKE 2013
61. dor tico 00028 000578 0 0122 0 0474 2 2 2 9 S2 Resolu o do interrogador tico 000289 2 0 000578 0 0141 0 0410 000289 0 000578 0 0124 0 0467 0 000289 0 000578 0 0118 0 0490 9 0 00028 2 0 000578 n 0 0124 0 047 interrogador tico interrogador tico 2 2 2 2 S5 Resoluc o do interrogador tico S6 Resoluc o do m m m m m m m m 0 009 m 0 0118 0 762712 m C C m m m m m m 7 interrogador tico 40 Observa se na Tabela 8 que a incerteza devida resolu o do interrogador tico a mesma para todos os sensores mas a incerteza dada em nm deve ser convertida para C desta forma passa a depender da sensibilidade de cada sensor apresentando uma pequena diferen a entre os sensores Analisando se as informa es da Tabela 8 poss vel concluir que as maiores contribui es de incerteza ocorrem devido dispers o das amostras regress o linear dos dados Para obter a incerteza padr o combinada para incertezas correlacionadas utiliza se a equa o 29 Uc exp X ug X u X u2 X us x uy X 29 Aplicando se a equa o 29 nas incertezas de todos os sensores poss vel obter a incerteza expandida combinada conforme Tabela 9 Tabela 9 Incertezas combinadas Sensor com ep PCT 3 25 3 25 _ 4 3 os s ow As incertezas obtidas apresentam valores elevados devido dispers o dos dados
62. e a repebilidade de medi o ap s um ano da instala o quando foram realizadas novas aquisi es para estudo da estabilidade t rmica 59 5 1 SUGEST ES PARA TRABALHOS FUTUROS Alguns trabalhos futuros poder o ser realizados como 1 Utilizar os resultados do trabalho para disseminar o conhecimento obtido do sistema e auxiliar em uma interpreta o de problemas envolvendo ventila o em pontes retificadoras 2 Utilizar sensores a fibra tica em outros equipamentos e sistemas de usinas hidrel tricas como por exemplo mancal escora mancal do gerador mancal da turbina transformadores de excita o transformadores elevadores e geradores 3 Desenvolver novos sensores com encapsulamentos cer micos ou tubos de vidro Caracteriza es realizadas com maior n mero de amostras e uma maior faixa de temperatura reduzindo se as incertezas devidas a repetibilidade e amostras 4 Obter o modelo t rmico do sistema de excita o com os resultados deste trabalho e caracter sticas dos dispositivos do painel Desta forma realizar simula es e estudos para melhorar a troca t rmica e fluxo de calor no interior do painel O modelo ser til para um monitoramento cont nuo pois uma determinada diverg ncia em rela o ao modelo poder sinalizar automaticamente o in cio de um defeito no sistema de excita o ou no gerador 60 6 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ALLIL R Sensores a fibra ptica com tecnologia FBG p
63. ed 621 3 Ficha Catalogr fica elaborada por Cleide Bezerra Bibliotec ria CRB 9 770 Biblioteca da UTFPR C mpus Pato Branco a Minist rio da Educa o X ew Universidade Tecnol gica Federal do Paran C mpus Pato Branco Diretoria de Pesquisa e P s Gradua o UNIVERSIDADE TECNOL GICA FEDERAL DO PARAN Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica TERMO DE APROVA O T tulo da Disserta o n 024 Estudo t rmico da Excitatriz Est tica do gerador da Usina Hidrel trica Deriva o do Rio Jord o usando sensores a fibra tica Fernando Bortolotti Disserta o apresentada s quatorze horas do dia treze de dezembro de dois mil e treze como requisito parcial para obten o do t tulo de MESTRE EM ENGENHARIA EL TRICA Linha de Pesquisa An lise de Sistemas Din micos Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica rea de Concentra o Sistemas e Processamento de Energia Universidade Tecnol gica Federal do Paran C mpus Pato Branco O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados Ap s delibera o a Banca Examinadora considerou o trabalho APROVADO Banca examinadora ul 7 U J Ya 1 Prof Dr Marcos Vinicio Haas Rambo ourenco Junior UTFPR PB Z lt Prof Dr Jean Carlos Cardozo as Silva UTFPR Ctba Orientador Prof Dr Cicero Martelli UTFPR Ctba lt Pro
64. ensores FBGs foram encapsulados caracterizados e calibrados Com a instala o dos sensores e aquisi o dos dados foi poss vel conhecer o comportamento da excitatriz em diversas condi es de opera o excitada a vazio durante O sincronismo rampa de carga regi o de pot ncia nominal e estabilidade t rmica Conclui se a partir dos dois ensaios que os dados obtidos se complementam Na primeira etapa p de se comprovar a capacidade de aquisi o bem como a sensibilidade e tempo de resposta do sensor v lido para obten o da resposta da temperatura em fun o da corrente de campo Na segunda etapa p de se comprovar o tempo para estabiliza o da temperatura e varia es devido pot ncia reativa e como esta vari vel influencia na corrente de campo e consequentemente na temperatura dos tiristores Observando se os ensaios realizados poss vel concluir que os sensores desenvolvidos s o adequados ao uso pretendido O adequado tempo de resposta a imunidade interfer ncia e a repetibilidade ap s um ano instalado na ponte retificadora permitem a aquisi o de dados de compara o 58 para futuras manuten es e para melhor conhecimento do funcionamento da excitatriz est tica em diversas condi es de opera o O uso de sensores a fibra tica para medi o de temperatura poder auxiliar a manuten o na tomada de decis es com a detec o de problemas como anomalias na condu o dos tiristores condu o desequi
65. eren a ou erro amplificada de modo a controlar os pulsos de disparo dos tiristores e desta forma aumentar ou diminuir a tens o O disjuntor de campo tem a fun o de conectar a excitatriz aos an is coletores do gerador e de desconectar rapidamente de forma a evitar falhas mais graves no gerador ou excitatriz O disjuntor de campo formado por dois polos que alimentam o campo do gerador e um terceiro polo para descarga r pida no resistor de descarga de campo O resistor de descarga de campo tem a fun o de descarregar rapidamente a energia armazenada no campo O valor da resist ncia calculado de acordo com a indut ncia do campo de forma a permitir uma r pida dissipa o O resistor do tipo linear formado por fitas grelhas de a o inox com alta suportabilidade t rmica e durabilidade A ponte retificadora transforma corrente alternada proveniente do transformador de excita o em corrente cont nua Com o controle desta corrente poss vel alterar a tens o terminal do gerador 10 2 1 PONTE RETIFICADORA O principal componente da ponte retificadora o tiristor um semicondutor de pot ncia formado por quatro camadas de materiais semicondutores Na Figura 3 a tem se o s mbolo do tiristor em b o circuito el trico equivalente a transistores SIMAS 2013 Anodo A Catodo K Gate G Gate G Anodo A Catodo K Figura 3 Tiristor a s mbolo e b diagrama el trico equivalente a transistores S
66. f Dr Ricardo Vasques de Oliveira UTFPR PB Prof Dr Emerson Giovani Carati Coordenador do PPGEE Aos meus pais Jos Ant nio e Hilda que sempre me incentivam e me apoiam minha esposa Samara e minha filha Fernanda que est o sempre ao meu lado me ajudando AGRADECIMENTOS Agradeco a todas as pessoas que permitiram que este trabalho fosse realizado certamente n o conseguirei listar todas as pessoas que fizeram parte dessa importante etapa da minha vida mas sou eternamente grato Agrade o ao Dr Jean Carlos Cardozo da Silva pela orienta o deste trabalho pelo entusiasmo que me motivou nos momentos dif ceis pelo aprendizado durante o curso de mestrado e apoio nos ensaios realizados A todos do PPGEE Pato Branco e em especial agrade o aos Srs Professor Dr C cero Martelli Professor Dr Hypolito Jos Kalinowski Kleiton Moraes e Souza Uilian Jos Dreyer e Werner Probst pelas discuss es aquisi o e an lise dos experimentos Agradeco COPEL Companhia Paranaense de Energia pelo apoio e incentivo Agrade o aos pesquisadores e professores da banca pelas contribui es e pela aten o prestada Finalmente agrade o minha fam lia que sem o apoio e paci ncia deles n o seria poss vel vencer mais este desafio RESUMO BORTOLOTTI Fernando ESTUDO T rmico DA EXCITATRIZ EST TICA DO GERADOR DA USINA HIDREL TRICA DERIVA O DO RIO JORD O USANDO SENSORES A FIBRA TICA Disserta o Programa de
67. gital de temperatura e calibrador de processos Calibrador de Processos 400 OG Interrogador tico Driver de Corrente e Placa de aquisi o Aquisi o de Dados e controle de temperatura Figura 20 Ilustra o do arranjo experimental 25 Para a leitura do sensor FBG foi utilizado o interrogador tico modelo DI 410 da HBM que possui quatro entradas ticas com taxa de aquisi o m xima de 1 kHz e 1 pm de resolu o A grava o dos dados foi realizada pelo programa CatmanEasy HBM Para o ensaio de varia o da temperatura no sensor foi utilizado um termo elemento peltier com controle digital de temperatura PID BAZZO 2010 Como refer ncia de temperatura foi utilizado o calibrador de processos modelo 743B da Fluke com sensor termopar tipo K Na Figura 21 s o apresentados os resultados obtidos na primeira etapa do experimento cujo objetivo era estudar o comportamento dos sensores quando fixos em ambas as extremidades Em seguida avaliar o comportamento quando preso a penas uma extremidade do tubo Desta forma foi realizada a varia o de temperatura de 0 C a 90 C Observa se uma diferenca na sensibilidade dos sensores o sensor 1 fixo em ambos os lados apresentou menor coeficiente angular 0 01215 o sensor 2 apresentou coeficiente angular de 0 01472 estando com cola em apenas um lado do encapsulamento Este comportamento pode ser o efeito de um pr tensionamento da fibra no momento da colagem do sensor no enca
68. h00min PM do dia 05 09 2013 s 7h30min AM do dia 06 09 2013 e positiva no per odo 950 1400 7h30min AM a 03h30min PM do dia 06 09 2013 devido a caracter sticas de carga do sistema el trico diferenca de tens o entre a linha e o gerador Entre 470 e 680 minutos ocorre uma reduc o do reativo at 0 75MVar causando uma redu o na temperatura de 62 C para 56 C Aproximadamente no tempo 950 minutos ocorre uma invers o na pot ncia reativa de 0 5 MVar para 0 75 MVar neste caso para se manter a tens o do gerador necess rio que se aumente a corrente de campo o que poss vel comprovar no gr fico da Figura 40 desta forma a temperatura tamb m aumenta 56 partindo do valor de 57 C at o valor de 63 C O reativo aumenta ainda mais chegando ao valor m ximo no tempo 1150 minutos com 1 MVar e temperatura de 66 C De uma forma geral ap s a estabiliza o poss vel correlacionar a corrente de campo pot ncia reativa j que n o h varia o significativa na pot ncia ativa ap s a rampa de carga logo ap s o sincronismo da unidade ao sistema el trico Temperatura Pot ncia Reativa Pot ncia Ativa TEMPERATURA C BAIA MIN VION3 LOd O 200 400 600 800 1000 1200 1400 TEMPO min Figura 42 Gr fico da temperatura pot ncia ativa e reativa Os resultados obtidos mostraram a influ ncia da temperatura ambiente na troca t rmica neste trabalho a temperatura ambiente pr xi
69. igura 13 Grafico da corrente de campo de acordo com a carga VIGESA 1996 Cargas resistivas convertem a energia recebida e nao trocam energia com o gerador As correntes de carga induzem rea o na armadura transversalmente indu o principal desta forma n o perturba a indu o principal A corrente de excita o tem um aumento linear com o aumento da carga intensidade baixa apenas o suficiente para suprir o efeito de satura o e perdas internas das resist ncias dos enrolamentos Cargas capacitivas armazenam energia no campo el trico e devolvem ao gerador As correntes de carga provocam uma indu o na armadura que se soma com a indu o principal tendo portanto que se reduzir a corrente de campo em rela o a vazio Para cargas capacitivas h uma subexcita o ou seja uma redu o na corrente de campo para se manter a mesma tens o terminal no gerador Cargas indutivas armazenam energia no campo magn tico e devolvem ao gerador As correntes de carga provocam uma indu o na armadura que se subtrai a indu o principal 18 tendo portanto que se aumentar a corrente de campo Neste caso o gerador opera na regido sobrexcitada A rela o entre a tens o do gerador a vazio e a corrente de campo possui aspecto da Figura 14 Nota se que ap s o ponto de tens o nominal um aumento na corrente de excita o n o reflete em um grande aumento da tens o este comportamento deve se satura o dos materiais fe
70. ir as incertezas de calibra o al m de atender os itens anteriores devem ser adotados procedimentos adequados calibra o a ser realizada O n mero de repeti es da leitura de um ponto permitir estimar com maior precis o o valor m dio e permitir obter o grau de variabilidade da leitura Na pr tica estes valores podem mostrar o quanto exato e preciso a medi o no valor em questao Conforme guia para a express o de incerteza de medi o quando se relata o resultado de medi o de uma grandeza f sica obrigat rio que seja dada alguma indica o quantitativa da qualidade do resultado de forma tal que aqueles que o utilizam possam avaliar sua confiabilidade Sem essa indica o resultados de medi o n o podem ser comparados seja entre eles mesmos ou com valores de refer ncia fornecidos numa especifica o ou numa norma portanto necess rio que haja um procedimento prontamente implementado facilmente compreendido e de aceita o geral para caracterizar a qualidade de um resultado de uma medi o isto para avaliar e expressar sua incerteza INMETRO 2008 3 1 3 1 Determina o das incertezas de calibra o Ap s a aquisi o dos dados necess rio avaliar os erros e incertezas envolvidos O primeiro passo analisar quais s o as fontes de incertezas por exemplo incerteza devido dispers o das amostras resolu o do equipamento incertezas devido ao padr o utilizado 30 laud
71. lada de 35 C dois sensores um sensor de temperatura tico FBG e um sensor el trico convencional do tipo PT 100 termoresist ncia Inicialmente ambos os sensores encontram se em equil brio t rmico com o ambiente com temperatura controlada de 25 C no instante inicial mergulha se ambos os sensores no banho t rmico cuja temperatura se encontra em 35 C mede se ambas as temperaturas em fun o do tempo durante 45s Na Figura 18 mostrada a resposta dos sensores ap s a aplica o de um degrau de temperatura de 10 C observa se que o tempo de resposta do sensor a FBG atinge 90 da temperatura no tempo 3 09s e o sensor PT 100 ap s 15 42s no tempo 18 51s PT100 u a FBG u a Figura 18 Gr fico com a resposta no tempo dos sensores de Temperatura PT 100 e FBG 23 O sensor a fibra tica possui diversas vantagens entre elas permite multiplexa o quase imunidade interfer ncia eletromagn tica transmiss o da informa o por dezenas de quil metros sem circuito de condicionamento de sinal n o necessita de alimenta o no local onde o sensor instalado reduzido tempo de resposta e excelente linearidade KLOE 2012 A principal desvantagem do sensor a fibra tica o alto custo em instala es com n mero reduzido de sensores Para um n mero elevado devido multiplexa o o valor por sensor pode ser menor que para sensores el tricos convencionais A Tabela 1 mostra as principais caracter sticas do
72. librada da ponte retificadora e na redu o da vida til de equipamentos subjacentes devido temperatura Outros problemas podem ser identificados de forma indireta pois conhecendo se o comportamento em funcionamento normal uma mudan a neste padr o poder indicar um defeito como por exemplo uma falha no rotor ou estator do gerador O monitoramento continuo usando sensores a fibra tica permite que seja realizada a manuten o preventiva do equipamento Manuten es poder o ser realizadas de acordo com a mudan a das caracter sticas t rmicas e n o por tempo ou corretiva com dano ao equipamento queima ou redu o de vida til Desta forma ganha se disponibilidade da unidade geradora pois a manuten o ser feita somente quando necess rio evitando se paradas de unidade para manuten o de forma peri dica e sem a necessidade Ganha se na redu o de taxa de falha pois poder prever com anteced ncia uma varia o no comportamento e programar uma parada para manuten o A parada sendo programada permite uma otimiza o da m o de obra e deslocamento contribuindo para redu o de custos de manuten o Recomenda se este tipo de monitoramento em usinas com hist rico de falhas por aquecimento da excitatriz ou falhas graves em geradores Comprovou se que o uso de redes de Bragg em fibra tica com encapsulamento em a o inox possui adequado tempo de resposta e elimina se a caracter stica de sensibilidade cruzada Destaca s
73. limita es de condu o de corrente devido resist ncia el trica e queda de tens o na barreira de potencial das jun es causando aquecimento do componente Desta forma ocorrem perdas por aquecimento tanto em condu o como em bloqueio Em opera o as perdas por bloqueio e por acionamento do gatilho s o pequenas e normalmente desconsideradas A maior parcela de aquecimento ocorre durante o per odo de condu o e uma parcela menor durante o chaveamento Desconsiderando se as perdas por chaveamento bloqueio e acionamento do gatilho o circuito el trico equivalente pode ser representado conforme Figura 6 12 p we K EO RO Figura 6 Circuito el trico equivalente do tiristor em condu o SIMAS 2013 A equa o que descreve a pot ncia dissipada dada pela Equa o 6 SIMAS 2013 Ppis Eo Laea Ro 12 6 sendo Ppj a pot ncia dissipada durante a condu o Ey a tens o entre anodo e catodo durante a condu o Ro a resist ncia em condu o Imega corrente m dia de anodo e valor eficaz da corrente de anodo Para o dimensionamento dos trocadores de calor utiliza se a Equa o 7 e em aplica es de alta pot ncia utiliza se um sistema de resfriamento para melhorar a troca t rmica A capacidade de troca de calor de um dissipador dada pela Equa o 7 GUIDO 2010 KT 7 ly LA Tax Tamb sendo 1 fluxo de calor KT a capacidade t rmica do material dissipador l a
74. m tubo de cobre com di metro de 1 8 0 318 cm no exterior do tubo de cobre uma mangueira de PVC com di metro de 3 8 0 952 cm onde o l quido circula e externamente mangueira uma isola o t rmica composta por espuma elastom rica Desta forma obteve se um ambiente com temperatura controlada e o calor distribu do uniformemente para os sensores O interrogador tico HBM DI 410 faz a leitura dos sensores Possui quatro canais com a capacidade de monitorar dezenas de sensores em uma nica fibra e taxa de aquisi o m xima de 1 kHz e 1 pm de resolu o O software CatmanEasy HBM faz a leitura e aquisi o dos dados dos sensores A comunica o entre o computador e interrogador realizada por protocolo TCP IP O calibrador de processos Fluke 743B tem a fun o de medir a temperatura e servir como refer ncia no processo de calibra o Os sensores a fibra tica utilizados neste trabalho foram caracterizados e calibrados utilizando o arranjo experimental conforme ilustrado na Figura 24 28 Figura 24 Fotografia da montagem usada para a caracteriza o A calibra o uma opera o que estabelece numa primeira etapa e sob condi es especificadas uma rela o entre os valores e as incertezas de medi o fornecidos por padr es e as indica es correspondentes com as incertezas associadas numa segunda etapa utiliza esta informa o para estabelecer uma rela o visando obten o de um re
75. ma ao painel n o foi medida recomenda se a medi o destes valores para uma an lise mais detalhada do comportamento 57 5 CONCLUS ES Este trabalho apresenta a medi o de temperatura na excitatriz est tica da Usina Hidrel trica Deriva o do Rio Jord o UHEDRJ usando redes de Bragg em fibra tica A utiliza o de sensores a fibra tica possibilitou a medi o e aquisi o de dados na ponte retificadora trif sica N o foi encontrado na literatura resultados de medi o neste sistema Os sensores el tricos convencionais apresentam algumas vantagens como custo reduzido facilidade de aquisi o e equipamentos de interface de baixo custo Em contrapartida o tempo de resposta mais elevado o que prejudicaria a an lise da resposta da temperatura em fun o de par metros el tricos que apresentam varia es r pidas A dimens o reduzida dos sensores ticos permite que os sensores sejam posicionados de forma precisa no local de maior temperatura A imunidade interfer ncia eletromagn tica permite que a temperatura seja monitorada sem a influ ncia das correntes de chaveamento que poderiam causar uma medi o errada Desta forma foram desenvolvidos sensores FBGs para avaliar o tempo de resposta comprovar a validade do encapsulamento escolhido e estudar poss veis caracter sticas que desej vamos eliminar como sensibilidade cruzada e altera o das caracter sticas do sensor quando fixado a outro material Os s
76. mento apresenta resolu o de 0 01 C 0 01 u X 0 00289 C 26 V12 Conforme informado pela manual do fabricante a resolu o do interrogador tico de 0 001 nm Aplica se a equa o 25 para determina o da incerteza 38 0 001 JI Para determinar a incerteza devida regress o linear considera se que os pontos s o 0 000289 nm 27 distribu dos normalmente ao redor da reta e de forma aleat ria CABRAL 2008 Em dados experimentais normalmente os dados obtidos n o se ajustam perfeitamente reta quando distribu dos pr ximos reta de regress o poss vel determinar o desvio padr o destes pontos em rela o reta de regress o linear pela Equa o 28 CABRAL 2008 28 onde b a inclina o da reta x a m dia dos valores de x y a m dia dos valores de y S O desvio padr o dos valores de x sy o desvio padr o dos valores de y e n o n mero de medi es realizadas Utilizam se os valores da Tabela 6 nas equa es 15 16 17 obt m se os valores da Tabela 7 Tabela 6 Regress o linear m dias e desvios padr es sensor z y 5 1 uos ss 155255 18 708 0 252 6 3 mom ss 153769 18 708 0 220 6 nou ss 1599060 18 708 0 263 6 74 oora 55 1543098 18 708 0233 6 5 nons ss 1585015 18 708 021 e e oora ss 155112 18708 0 252 6 Tabela 7 Incertezas devido regress o linea
77. min PM onde a temperatura ambiente apresenta um valor superior ao per odo da manh uma varia o estimada de 4 C No gr fico da Figura 41 observa se que o sincronismo ocorre em 15 minutos e durante todo o per odo 0 300 minutos o crescimento da temperatura dT dt proporcional ao crescimento da corrente de campo A temperatura se estabiliza em aproximadamente 235 minutos ou seja 3h40min ap s o sincronismo Nota se que a temperatura ambiente pode ser considerada como um fator que influencia na estabiliza o estima se que a temperatura ambiente seja aproximadamente 6 C menor s 08h00min PM quando comparada ao 55 momento do sincronismo 04h00min PM Desta forma poss vel que em condi es de temperatura constante o tempo de estabiliza o pode ser um pouco maior S 300 o 5 2 S 20 225 5 Y m lt m Y 150 O gt lt LLI U a Temperatura 75 O Corr Campo 2 0 0 60 120 180 240 300 TEMPO min Figura 41 Gr fico da temperatura e corrente de campo at a estabilizac o No gr fico da Figura 42 observa se que a pot ncia ativa permanece constante com valor aproximado de 5 7 MW Nota se que varia es da tens o de linha causam varia es na pot ncia reativa Em alguns momentos ajusta se a tens o do gerador de forma a se reduzir a pot ncia reativa De uma forma geral observa se uma tend ncia da pot ncia reativa ser negativa no per odo 0 950 minutos 04
78. nd soft switching conditions IEEE Transactions on power electronics Vol 23 No 1 Jan 2008 GUIDO L et al Componentes Dissipativos para Semicondutores de Pot ncia Dispon vel em http www fem unicamp br assump Projetos 2010 g10 1 pdf Acesso em 03 de agosto de 2013 61 HILL K O FUJII Y JOHNSON D C KAWASAKI B S Photosensitivity in optical fiber waveguides Application to reflection filter fabrication Applied Physics Letters vol 32 p 647 649 1978 HILL K MELTZ G Fiber bragg grating technology fundamentals and overview Journal of Lightwave Technology vol 15 no 8 pp 1263 1276 Aug 1997 INMETRO Avalia o de dados de medi o Guia para express o de incertezas de medi o JCGM 100 2008 Disponivel em http www inmetro gov br noticias conteudo iso gum versao site pdf Acesso em 2012 ISMAIL M A et al Article Bimetal Temperature Sensor for Solar Panel Inverters Sensors p p 8665 8673 ISSN 1424 8220 2011 KASHYAP R Fiber Bragg Grating San Diego Academic Press 1999 KERSEY A D Davis M A Patrick H J LeBlanc M K P Askins C G Putnan M A E J Friebele Fiber Grating Sensor Journal of Lightwave Technology vol 15 p 1442 1462 1997 KLOE K FBG Sensors P gina da web Dispon vel em http www kloe fr en our solutions and services sensors sensors k fbg Acesso em Mar 2013 MARTIN C
79. nem sofre influ ncia quando fixo a outro material Neste caso ambos os encapsulamentos estudados podem ser empregados no sensor de temperatura 27 3 1 3 Calibra o e Caracteriza o A caracteriza o de um sensor de temperatura a fibra tica consiste em determinar a resposta em comprimento de onda para cada valor de temperatura conhecido Como este sensor possui uma resposta linear comprimento de onda pela temperatura com uma regress o linear dos pontos obtidos experimentalmente poss vel estimar o valor de temperatura para qualquer comprimento de onda lido no interrogador tico A calibra o consiste na compara o da temperatura com um padr o conhecido normalmente feita a calibra o em conjunto com a caracteriza o neste caso deve se utilizar um padr o de temperatura confi vel ou seja alta repetibilidade pequenos desvios e incertezas Em trabalhos anteriores BORTOLOTTI et al 2012 observou se a import ncia de se manter constante as condi es de temperatura para que n o haja interfer ncias durante a caracteriza o do sensor e com isso o aumento das incertezas e na dispers o das amostras Com esta finalidade para a caracteriza o foi utilizado um banho t rmico PolyScience modelo 9002A11B contendo gua destilada Foi desenvolvido um dispositivo para que a gua da cuba circule no interior de forma a manter a temperatura homog nea e constante ap s estabiliza o O dispositivo consiste em u
80. o de calibra o regress o linear entre outros Desta forma algumas informa es dever o ser obtidas nos manuais dos equipamentos utilizados ou laudos de calibra o no caso de instrumentos calibrados por rg os externos Em calibra es a popula o estat stica um conjunto infinito de leituras como imposs vel realizar infinitas medi es escolhe se uma amostra e com o uso da estat stica inferencial deduz se que se a amostra se comporta de uma forma toda a popula o possui um comportamento pr ximo VIM 2008 A m dia aritm tica definida como a soma de todos os valores dividido pelo n mero de valores que comp e o grupo A m dia de uma amostra dada pela Equa o 11 INMETRO 2008 T X 11 n sendo x cada um dos valores e n o n mero de amostras O desvio padr o a raiz quadrada da vari ncia e mostra quanto os valores da amostra desviam da m dia conforme Equa o 12 12 sendo x cada um dos valores x a m dia dos valores de x e n o n mero de amostras Incerteza padr o combinada a incerteza de medi o estimada para a probabilidade de abrang ncia de 68 2796 A Incerteza expandida a incerteza padr o multiplicada por um fator normalmente dois ou tr s que corresponde a uma abrang ncia de 95 e 99 7 respectivamente INMETRO 2008 Neste trabalho foram consideradas dois tipos de incertezas a do tipo A cuja avalia o usa m todos estat sticos e a incerte
81. pelo aquecimento do rotor A regi o superior limitada pelo limite de estabilidade magn tica WALTER 2012 Limite de M xima Corrente MW Pot ncia ativa de armadura Turbina M xima Corrente Aquecimento f V de armadura Limite d C oceno Fornece Reativo Consome estabilidade 2 Reativo M xima excita o Aquecimento M nima excita o Aquecimento Qe 1 pu MVar pu Figura 15 Gr fico da curva de capabilidade do gerador WALTER 2012 2 4 PROTE O DO SISTEMA DE EXCITA O As prote es tem a fun o de garantir que os componentes do sistema de excita o n o trabalhem fora das condi es especificadas e sejam danificados Na sa da do transformador de excita o h uma prote o contra surtos de corrente atrav s de capacitores ligados nas fases e terra Na ponte retificadora cada tiristor possui um fus vel ultrarr pido para proteg lo com indica o de falha de condu o e um circuito Snubber A prote o contra sobretens o do campo realizada por um circuito crowbar que interliga o resistor ao campo do gerador 20 3 MATERIAIS E M TODOS Este cap tulo apresenta o desenvolvimento dos sensores encapsulamento caracteriza o e a instala o dos sensores em campo com a aquisi o de dados de temperatura e sinais el tricos do gerador e da excitatriz corrente de campo do gerador pot ncia ativa e pot ncia reativa 3 1
82. peraturas alta capacidade de condu o de corrente permitir chaveamento em alta velocidade e possuir elevada vida til quando comparado a dispositivos mec nicos A ponte retificadora da UHEDRJ constitu da por seis tiristores com sequ ncia de disparo conforme Figura 8 Os tiristores 1 3 e 5 recebem o nome de grupo positivo pois s o disparados durante o semiciclo positivo da tens o de fases as quais est o conectados Os tiristores 2 4 e 6 s o disparados durante o semiciclo negativo Para que uma tens o seja aplicada no campo do gerador necess ria a condu o de dois tiristores simultaneamente 14 um do semiciclo positivo e outro do semiciclo negativo Neste caso a tens o aplicada no campo do gerador dada pela diferen a de potencial entre o grupo positivo e o grupo negativo Tens o Trifasica CA 99 1 op odues Figura 8 Diagrama da ponte retificadora O ngulo de disparo pode ser definido como o ngulo inicial de condu o do tiristor Na Figura 9 h um disparo total da ponte ou seja o maior valor de tens o com ngulo de disparo de 0 grau Nota se que cada tiristor da ponte conduz por 120 graus defasados de 60 graus os grupos positivos e negativos AB AC BC BA CA CB AB EN Tens o de Linha AWA NBS VC RE SEA Vette AP Condu o dos gt t Tens o V Tens o de Fase Figura 9 Gr fico da condu o dos tiristores VIG
83. psulamento Nota se que n o apresenta sensibilidade cruzada temperatura x deforma o Comprimento de Onda nm O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura C O Sensor 1 0 01215T 1542 98682 O Sensor 2 A9 0 01472T 1542 68744 Figura 21 Gr fico de resposta dos sensores com regress o linear temperatura 0 C a 90 C 26 A segunda etapa do experimento foi realizada com o objetivo de analisar resposta do sensor quando colado em outro material neste caso o alum nio conforme mostra a Figura 22 p Fibra tica Sensor 1 a Sensor 2 Figura 22 Ilustra o dos sensores fixos chapa de alum nio Na Figura 23 s o apresentadas as respostas dos sensores soltos e fixos chapa de alum nio nota se que n o h varia o devido fixa o dos sensores Durante os experimentos notou se que a posi o do sensor sobre o elemento influenciava na temperatura medida indicando que a diferen a observada deve se distribui o de temperatura n o uniforme na superf cie do elemento t rmico 1544 2 1543 8 1543 4 1543 08 O Sensor 1 x Sensor 1 AL O Sensor 2A Sensor 2 AL Comprimento de Onda nm O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura C Figura 23 Gr fico da resposta dos sensores soltos e fixos a uma chapa de alum nio Desta forma poss vel concluir que o sensor com encapsulamento com tubo de aco ndo apresenta sensibilidade cruzada
84. r Sensor Syrlom utom uto wes CO 2 D00043575 0 000178 01458 0 029 3 D00051546 000021 0 030 4 D00059331 0 000242 01953 0955 5 D00013562 0 0000554 00469 0005 _ 6 D00012064 0000049 00040 0 001 39 Como a caracteriza o foi realizada apenas para as temperaturas entre 10 C e 60 C o c lculo da incerteza padr o combinada v lido apenas para esta faixa de temperatura Para o c lculo das incertezas do tipo A devido dispers o das amostras foram utilizadas as equa es 13 e 14 Para o c lculo das incertezas do tipo B devida resolu o do instrumento utiliza se a Equa o 25 Desta forma obt m se os resultados conforme Tabela 8 Tabela 8 Incertezas calculadas _ b Uexp X UP nm C E S1 Dispers o das amostras A 0 002217 3 31 0 007338 nm 0 0134 0 548 n n n n 0 003428 3 31 0 011345 0 0124 0 915 S1 Regress o linear 0 02513 2 0 050 0 0134 3 731343 S2 Regress o linear 0 01458 2 0 029 0 0122 2 377049 S3 Regress o linear A 0 001492 2 0 030 0 0141 2 12766 i n n n n n n gt 54 Regress o linear 0 01953 0 039 0 0124 3 145161 S5 Regress o linear 0 0046 S6 Regress o linear A 0 0004 9 0 S1 a S6 Calibrador ou 0 15 9 refer ncia de temperatura S1 a S6 Resolu o do 0 0028 Calibrador 0 00028 0 0 080645 0 S1 Resolu ao do interroga
85. ra gt 50 Desado 170609580 DRiPardadetmegenia muo 170609590 DmS2GUi DRI Disjuntor de Grupo Fechado Aro 170609600 DRI Disjuntor de Grupo abeo mero 170609650 DRIAIL DRI RAT Disjuntor de Campo Fechado 17 04 09 680 DRIS3POSC ORI Distribuidor Posi o sem Carga Awado 1170410080 DRI33PDF DRI Distribuidor Fechado 17 04 10 080 DRISSPDSC DRI Distribuidor Posi o sem Carga Demuado 17010421 DR RAT Disjuntor Compo Aberto Serial ligado 170610421 DAMGEPPE DRI Pedido Parada de Emerg ncia Udo 170610460 DRU REV velocidade gt 95 oesau 170630651 DFMIDS DR RAT Disjuntor Compo Aberto era 170637630 DRHaN30 DRU REV Velocidade lt 30 170637640 DRU REV Velocidade lt 30 Desmundo 170506110 DRI Parada de Emergencia oesau 170509120 DRUSSDM DRI REV Maquina em Movimento Deswado 17 05 43 181 DRMAEPPE ORI Pedido Parada de Emerg ncia S Desie 170740451 DRMAtPMN _ DRI Pedido de Marcha em vazo 1 170710451 DRMAEPMA ORI Pedido de Marcha acoplado 6 atuo
86. raturas e com caracter sticas de vibra o anormais Baseado nesses problemas faz se necess rio a realiza o de estrat gias que assegurem a confiabilidade do sistema de monitoramento Para garantir resist ncia mec nica e prote o contra batidas ou deforma es necess rio que o sensor a fibra tica seja encapsulado No caso especifico de medi o de temperatura necess rio que o encapsulamento reduza ou elimine a medida cruzada temperatura e deforma o A rede de Bragg em fibra tica consiste em uma modula o peri dica do ndice de refra o do n cleo ao longo da fibra Estas modula es provocam uma reflex o como uma interfer ncia construtiva em uma banda de reflex o com comprimento de onda dado pela Equa o 1 2 Nef A 1 onde n consiste no indice de refra o eficaz e Ap o comprimento de onda de Bragg ef B 1 2 1 Caracter sticas das redes de Bragg em fibras ticas Para a fabrica o da fibra tica utiliza se a s lica este material apresenta tensores fotoel sticos e termo tico n o nulos fazendo que as caracter sticas ticas da rede de Bragg sejam afetadas tanto pela varia o de temperatura quanto pela deforma o permitindo que este material seja utilizado como sensor para ambas as grandezas Desta forma o deslocamento espectral dado por KERSEY 1997 ONef OA ONef OA 2 2 A x ep gr acez a zr Pig AT Na Equa o 2 observa se que tanto varia es
87. rea por onde flui calor entre o componente e o dissipador 4 a rea de superf cie do dissipador com o ambiente a temperatura m xima que o componente pode operar e Tampa temperatura ambiente Al m da rea de contato limitada devido s dimens es e custos para que ocorra uma troca t rmica adequada deve se escolher o material que proporcione o melhor custo benef cio Na maioria dos casos utilizam se dissipadores de alum nio devido a sua boa condutividade t rmica custo e peso reduzidos Considera se que parte do calor gerado devido a perdas de calor por chaveamento a temperatura na jun o dada pela equa o 8 13 AT P t Zn Ct 8 Na Figura 7 mostrado o diagrama do modelo t rmico este modelo se baseia nas caracter sticas construtivas do tiristor constru do com diversas camadas um padr o com quatro imped ncias t rmicas com constantes de tempo que determina a resposta de temperatura no tempo Figura 7 Diagrama el trico equivalente do modelo t rmico do tiristor MOTTO 1995 Este comportamento pode ser modelado por um sistema din mico t rmico de quarta ordem A equa o que representa o circuito termoel trico da Figura 7 dada pela equa o 9 MOTTO 1995 t t t t AT P Ry 1 en Rs 1 eu Ra 1 e Ry 1 e 9 Os tiristores apresentam diversas caracter sticas que permitem sua utiliza o em pontes retificadoras como operar em altas tem
88. rromagn ticos De forma a facilitar a regula o os geradores operam no in cio da faixa de satura o V Nominal lf Figura 14 Gr fico com a curva de magnetiza o do gerador e ponto de opera o do regulador VIGESA 1996 2 3 CURVA DE CAPABILIDADE DO GERADOR A curva de capabilidade representa os limites operacionais da m quina ou seja a regido de seguranca que um gerador foi projetado e deve operar Os limites dos geradores s ncronos podem ser divididos em aquecimento da armadura aquecimento do enrolamento de campo pot ncia da turbina estabilidade excitac o m nima e m xima O principal respons vel pelo aquecimento da armadura a resist ncia do enrolamento Quanto maior a resist ncia menor a corrente m xima de fase Da mesma forma o aquecimento do enrolamento de campo tamb m sofre aquecimento por perdas hmicas A limita o por 19 pot ncia da turbina afeta apenas a pot ncia ativa do gerador pois a energia l quida associada pot ncia reativa nula A limita o por estabilidade definida pelo ngulo de pot ncia m xima permitida Este limite pode ser imposto como uma margem de pot ncia em rela o m xima pot ncia te rica Limite de excita o m nima definido pela corrente m nima de excita o Na Figura 15 a regi o a esquerda ou regi o de subexcita o limitada pelo limite de aquecimento do estator A regi o direita ou regi o de sobre excita o limitada
89. s associadas ao declive ser o da Figura 25 b Se considerada apenas a incerteza da ordenada na origem ser o da Figura 25 c se associadas ambas as incertezas tem se o aspecto da Figura 25 d Figura 25 Gr ficos das incertezas devido regress o linear Em dados experimentais normalmente os dados obtidos n o se ajustam perfeitamente reta quando distribu dos pr ximos reta de regress o poss vel determinar o desvio 32 padr o destes pontos em rela o reta de regress o linear pela Equa o 15 CABRAL 2008 Sy x 29 sendo sy o desvio padr o dos valores y b o coeficiente angular s o desvio padr o dos valores de x e n o n mero de pontos obtidos experimentalmente A incerteza do declive dada por ass 16 Syvn 1 sendo Sy O desvio padr o dos valores s o desvio padr o dos valores de x e n o numero de pontos obtidos experimentalmente A incerteza da ordenada na origem dada por S x D 17 vn A incerteza do valor interpolado dado por CABRAL 2008 18 A forma usada para a determina o das incertezas do tipo B foi baseada nos instrumentos utilizados como laudo de calibra o e especifica es do fabricante No caso do interrogador tico dada a resolu o Este tipo de incerteza se deve ao fato do valor lido ter a mesma probabilidade de estar no intervalo utiliza se uma distribui o retangular conforme Equa o 19 INME
90. saio de resposta gq0SS 8 BSOPeS uuu l l R l nennen enne nnn nennen nnns 22 3 1 2 Ensaio do sensor para avalia o do encapsulamento e medida cruzada 23 3 1 3 Calibracao e CdracterizdC ae uuu a iS ANN 27 3 2 Instalacao dos Sensores na UHEDR u u au uyu a n a bep Rubia pa 40 4 RESULTADOS cegas on au ua u aaa idas 42 5 CONCEUSOES L u RR TREE 57 5 1 Sugestoes pararabalnosSfulur0Suuu uuruuu dais 59 6 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS 60 AP NDICE A PUBLICA ES RESULTANTES DESTA DISSERTA AO 64 AP NDICE B LISTA DE EVENTOS DO SISTEMA DE SUPERVIS O UHEDRI 65 AP NDICE C DETALHES T CNICOS 72 Co MERE RR CR NER 72 C2 Resistor qe descarga de cartiDO dag e dede usia RE 77 C 3 Disj ntor de Campos uu ada 78 C 4 Painel el trico do regulador de tens 3o nennen enne nnns 79 C5 Ventilacao Torca dder seis 80 C5 d e o D 2 81 CG SID i SSipadores ade cala SS o tuns 81 1 INTRODU O Neste cap tulo apresentada uma vis o geral do sistema el trico de pot ncia a import ncia das usinas hidrel tricas para o sistema interligado abordan
91. sjuntor de campo Possui as seguintes caracter sticas al I THT Dun 15 pond t Ju al yy nih ani Y gula A uU so 69 Fabricante Eletele R 0 26 ohms P 950W Tol 5 Projetado para suportar corrente nominal de 441A em ciclos de trabalho de 1 5s ligado e 45s desligado 78 C 3 DISJUNTOR DE CAMPO O disjuntor de campo tem como fun o conectar e desconectar a excita o ao gerador e interligar o campo do gerador a resist ncia de descarga de campo no momento de sua abertura Fabricante Unelec Modelo CEX500 Bobina 125Vcc Corrente m xima 500A 79 C 4 PAINEL EL TRICO DO REGULADOR DE TENS O O painel el trico do regulador de tens o abriga a ponte retificadora trif sica controlada e permite a troca t rmica dos componentes de pot ncia Vistas Sa da de Ar Vista Frontal Vista Lateral Vista Trazeira 1600 amp e Z EL iiM ss 1100 1100 Espa o para abertura Vista Topo Espa o para abertura das portas 80 C 5 VENTILA O FOR ADA O sistema de ventila o formado por tr s ventiladores e oito filtros conforme caracter sticas Ventiladores Fabricante Ventisilva Modelo RAX 2 Tens o 115Vac 60Hz Pot ncia 110W Vaz o 415L s E ll a 1000 mm 81 C 5 1 Filtro 117 24 94 5 104 130 Os dissipadores de calor tem como fun
92. ssccscceccessuccceccestessuseuscacccesusceecceseestessuseuscecceuseuseeeceeseene 38 TABELA 7 INCERTEZAS DEVIDO A REGRESS O LINEAR ii eur na pae doadas suada espe a deb ada 38 TABEL O INCERTEZAS CALCULADAS uu u a a vo das kuu EET eS er ree ecu ao ane e ue So T Pu tuse TE Potes UMP AN C UE T V Eee 39 TABELAS INCERTEZAS COMBINADAS iau Rives SO a Ru URS ted ior mU Me vou aba ad 40 TABELA 10 REGI ES DE OPERA O DA UNIDADE GERADORA 1 ENSAIO 43 TABELA 11 REGI ES DE OPERA O DA UNIDADE GERADORA 2 ENSAIO r emen e ness e enne 50 TABELA 12 LISTA DE EVENTOS SSC UHEDRI 28 09 2012 erre a 65 TABELA 13 LISTA DE EVENTOS SSC UHEDRJ 05 09 2013 A 09 09 2013 69 ABNT ANEEL CA CC CLP COPEL FBG IEEE IGBT O amp M O amp MBC ONS PCH PIV pu rpm SIN SSC TP UHE UHEDR UTFPR UV LISTA DE ABREVIATURAS Associa o Brasileira de Normas T cnicas Ag ncia Nacional de Energia El trica Corrente alternada Corrente continua Controlador l gico program vel Companhia Paranaense de Energia Fiber Bragg Gratting Instituto de Engenharia El trica e Eletr nica Institute of Electrical and Electronic Engineer Insulated gate bipolar transistor Opera o e Manuten o Opera o e Manuten o Basead
93. sta forma necess rio que se fa a o encapsulamento adequado de forma a eliminar a medi o cruzada Um encapsulamento da FBG foi desenvolvido para transmitir a temperatura para o elemento sensor de forma r pida e ao mesmo tempo proteg lo de deforma es mec nicas e vibra o O encapsulamento 21 utilizado consiste em colocar a parte da fibra tica em que foi gravada a FBG dentro de um tubo met lico de a o inoxid vel com dimens es 0 6 x 25 mm Os sensores foram colados em ambas as extremidades do encapsulamento conforme ilustrado na Figura 16 sensor 1 Sensor 6 b Fibra otica de aco Figura 16 Representa o do encapsulamento utilizado O sensor consiste em uma fibra tica monomodo com seis sensores multiplexados em comprimento de onda No gr fico da Figura 17 poss vel observar a resposta em comprimento de onda dos sensores com temperatura de aproximadamente 20 C 39 0 Sensor 1 Sensor 3 Sensor 2 40 0 Sensor 4 Sensor 5 40 5 Sensor 6 41 0 41 5 db 42 0 42 5 43 0 43 5 44 0 44 5 1532 1534 1536 1538 1540 1542 1544 1546 1548 1550 1552 1554 Comprimento de onda nm Figura 17 Gr fico dos espectros dos sensores 22 3 1 1 Ensaio de resposta dos sensores O sistema desenvolvido para a avalia o da resposta do sensor em fun o do tempo consiste em um banho t rmico PolyScience modelo 9002A11B contendo gua destilada e temperatura contro
94. sultado de medi o a partir de uma indica o VIM 2008 Para que se tenha uma calibra o adequada alguns itens devem ser observados Uso de um padr o adequado ou seja um instrumento com classe de exatid o compat vel recomenda se que a incerteza do padr o seja tr s vezes menor que a do sensor que se deseja calibrar Recomenda se que este padr o seja calibrado em laborat rio acreditado pelo INMETRO com padr o rastreado pela RBC Rede Brasileira de Calibra o desta forma poder se atribuir um valor considerado verdadeiro vari vel medida Por exemplo em uma calibra o utilizando banho t rmico a temperatura de refer ncia ou a temperatura verdadeira ser a indicada por este padr o calibrado Recomenda se que o 29 calibrador seja protegido para que n o altere suas caracter sticas de forma significativa ap s calibra o Controlar o ambiente ou seja evitar que eventos externos ou outras vari veis influenciem no resultado do experimento Como exemplo podemos citar a interfer ncia entre equipamentos circuitos eletroeletr nicos fluxo de ar em calibra es de temperatura varia o da temperatura ambiente entre outros Estabiliza o dos instrumentos importante estar atento s orienta es dos manuais dos equipamentos normalmente possuem um tempo de aquecimento geralmente por volta de trinta minutos ap s a energiza o Redu o das incertezas de calibra o para se reduz
95. za do tipo B que n o utiliza m todo estat stico normalmente observa o VIM 2008 O m todo usado para determina o das incertezas consiste na coleta de dados que relaciona as grandezas em seguida realizam se os c lculos das m dias e desvios padr es Com os dados calculados informa es dispon veis em manuais laudos de calibra o e cat logos do fabricante de instrumentos poss vel determinar as incertezas do tipo A e do tipo B Ap s o c lculo das incertezas individuais faz 31 se o c lculo da incerteza padr o em seguida expande se a incerteza de forma a aumentar a abrang ncia para 95 ou superior e finalmente combinam se as incertezas Ap s o c lculo do desvio padr o dos dados utilizando a Equa o 12 poss vel obter a incerteza do tipo A devido dispers o das amostras conforme equa o 13 s xy 13 vn sendo s x o desvio padr o e n o n mero de amostras s x Para determinar a incerteza entre dois par metros neste caso a incerteza devido regress o linear obtida pelo m todo dos minimos quadrados considerando que os pontos s o distribu dos normalmente ao redor da reta e de forma aleat ria CABRAL 2008 A equa o de reta da regress o linear dada por y ax b 14 onde a representa a inclina o da reta e b a ordenada na origem Caso sejam desconsideradas as incertezas das vari veis o aspecto gr fico ser conforme Figura 25 a Se considerada as incerteza

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