HLDER ALMEIDA SILVA PAULO CEZAR DA PAIXO MONITORAO TRMICA COM ACESSO REMOTO DESCENTRALIZADO PARA PREDIO OPERATIVA EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO ELTRICA Orientadora: Mariana Torres Strauch Centro Universitrio Jorge Amado Curso: Engenharia Eltrica SALVADOR 2015 MONITORAO TRMICA COM ACESSO REMOTO DESCENTRALIZADO PARA PREDIO OPERATIVA EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO ELTRICA Resumo:Otrabalhoconsistenaabordagemdaefetividadedamonitoraoremotade temperaturacomomecanismodegerenciamentodeativos,especificamentede transformadoresdedistribuioeltrica.Empregandoparaisso,oacessodescentralizadode dadosmedidosearmazenadosemnuvemcomputacionaldaredeinternet.Comamedio onlinepossvelrealizaraimediataidentificaodaelevaodetemperaturaacimados limitessegurosdeoperaoepotencializado,comessaabordagem,ousonoapoio manuteno.Almdisso,descreveaformacomoessaabordagemcustomizadade monitorao de temperatura pode melhorar a confiabilidade; reduzindo com isso, a ocorrncia de falhas e diagnstico de no conformidades no transformador. Palavras-chave: Transformador. Monitorao trmica remota. Acesso descentralizado. 1INTRODUO Astecnologiasutilizadasatualmentenasconcessionriasparagerenciamentodos ativos da rede de distribuio eltricaapresentam grandes deficincias, como por exemplo, a ausnciademonitoraotrmicaemtransformadoresdedistribuio;pontoconsiderado mandatrio para atender as demandas e exigncias de um mercado consumidor que necessita deconfiabilidadenosserviosprestados.Poressarazo,seroapresentadoumatecnologia capazdepromovermelhoriascontnuasparaaotimizaodamanutenodos transformadores operacionalmente presentes na rede eltrica de distribuio.

Naaprediodefalhasemtransformadoresinstaladosaolongodaredede distribuiodedistribuio,mandatriooacompanhamentodatemperatura.Devido criticidadeequantitativoinstalado,torna-semuitodifcilamonitoraodessesativosno sistemaeltricodedistribuio,sobretudoemreasurbanas,dadaasuacomplexa capilaridade e difcil acessibilidade para as equipes de manuteno. A monitorao de temperatura alm de ser um recurso necessrio no apoio preditivo tambm importante contribuinte na anlise do real estado e condio de um transformador, pois os prejuzos advindos na perda trmica, alm de onerarem o custo operacional, reduzem drasticamente a capacidade de atender a demanda de energia solicitada pelo sistema.

J o emprego da monitorao remota de temperatura possibilita a rpida identificao deproblemaspotencialmenteperigososintegridadedeumtransformador.Proporcionando, com isso, menor tempo de reao na correo do problema, pois as variaes de temperatura que so danosas aos transformadores so causadas por condies operacionais resultantes de sobrecargas de corrente, sobrelevao de tenso,distores harmnicas, degradao do meio isolante e causas outras pertinentes s condies do ambiente operacional. Desse modo, verifica-seque a monitorao remota permitemensurar o desempenho deumtransformador,possibilitandoinclusiveaanliseprecisaemaiseficazdo comportamento trmico do mesmo na rede de distribuio eltrica. 2DESENVOLVIMENTO Ostransformadoressomquinaseltricasestticasquetemafinalidadede transformar,porinduoeletromagntica,atensoeacorrentealternadaentredoisosmais enrolamentos(KAGAN;OLIVEIRA;ROBBA,2010,pg.111).Poroutrolado,anorma IEEE Std C57.12.80-2010, a qual regulamenta a terminologia padro para transformadores de potncia e de distribuio,no item 3.464, define transformador como: Um dispositivo eltricoestticoconsistindo deum enrolamento, ou doisou maisenrolamentosacoplados,comousemncleomagntico,para introduo de acoplamento mtuo entre circuitos eltricos. Transformadores so amplamente usados em sistemas eltricos de potncia para transferncia deenergiapormeiodeinduoeletromagnticanamesmafrequncia, geralmente com mudana de valores de tenso e de corrente. Assim,ostransformadoressoresponsveispelaelevaodosnveisdetensoto necessriostransmissodepotnciaparavencerasgrandesdistncias,assimcomoa reduo para adequao aos nveis nominais dos equipamentos eltricos de consumo geral. Emsuagrandeabrangnciaexistemdiversascategoriasdetransformadoresqueso definidas segundo a sua finalidade. De acordo com a potncia, os transformadores podem ser subdivididos em transformadores para transmisso e distribuio de energia. Nocasoespecfico,ostransformadoresdedistribuioeltricasoresponsveisem tornaratensocompatvelcomosequipamentosdeusodosconsumidoresembaixatenso, sendo estes definidos pela Resoluo ANEEL n 418, de 23/11/2010, artigo 2, XXXVIII: GrupoB:grupamentocompostodeunidadesconsumidorascom fornecimentoemtensoinferiora2,3kV,ou,ainda,atendidasemtenso superior a 2,3 kV e faturadas neste Grupo nos termos definidos nos arts. 79 a 81,caracterizadopelaestruturaotarifriamonmiaesubdivididonos seguintes subgrupos: a) Subgrupo B1 - residencial;b) Subgrupo B1 - residencial baixa renda; c) Subgrupo B2 - rural;d) Subgrupo B2 - cooperativa de eletrificao rural; e) Subgrupo B2 - servio pblico de irrigao;f) Subgrupo B3 - demais classes;g) Subgrupo B4 - iluminao pblica. Aformacomorealizadooprocessodedistribuiodeenergiaeltricaparaos consumidores de baixa tenso pode ser resumida na figura abaixo: Quanto sua construo, os transformadores so compostos por enrolamentos de fio (primrio e secundrio) em volta de um material ferroso, comumente denominado ncleo. Seu funcionamento ocorre da seguinte forma: Se um desses enrolamentos, o primrio, for conectado a uma fonte de tenso alternada, ento ser produzido um fluxo alternado cuja amplitude depender datensodoprimrio,dafrequnciadatensoaplicadaedonmerode espiras.Ofluxocomumestabeleceumenlacecomooutroenrolamento,o secundrio,induzindonesteumatensocujovalordependedonmerode espirasdosecundrio,assimcomodamagnitudedofluxocomumeda frequncia, segundo. (FITZGERALD; KINGSLEY; UMANS, 2006, p. 69).

FIGURA 1 Forma simplificada da distribuio de energia eltrica dos transformadores eltricos Foto: http://www.sigmatransformadores.com.br/o-transformador/. Dessemodo,oenrolamentoprimrioinduzumacorrenteeltricanoenrolamento secundrio,queproporcionalaoquantitativodeespirasqueenvolvemoncleo,como demonstrado na figura abaixo: OexemploconstantenaFIGURA2,consideradocomomodeloconstrutivo, adotado tambm nos transformadores empregados nos sistemas de distribuio eltrica. Sendo quenossistemasmonofsicos,conformeimagemilustrada,compostodeapenasdois enrolamentos, um para o primrio e outro para o secundrio. Nossistemaspolifsicos(FIGURA3),referindocomoexemploosistematrifsico, utiliza-seseisenrolamentos,trsparaoenrolamentoprimrioetrsparaoenrolamento secundrio(modelomaisaplicado).Ofuncionamentoocorredaseguinteforma:abobina (denominada primria) recebe energia por meio de uma fonte CA, e transfere energia para a outra bobina (denominada secundria) para um consumidor de energia eltrica. Esse processo detransfernciadeenergiadeumabobinaparaoutrarealizadausandoacoplamento eletromagnticodasbobinasenroladasemtornodeumncleo.esseprocessode transferncia de energia(tenso x corrente x tempo) que possibilita a distribuio de energia para os consumidores de baixa tenso na maioria das cidades do mundo. FIGURA 2 Princpio de funcionamento do transformador eltrico Foto: http://www.chw.net/foro/ventas-finalizadas/251304-fuentes-poder-funcionamiento-basico.html A bucha o componente intrnseco responsvel pela conexo entre os condutores da redeeltricaeosenrolamentos(bobinas)dotransformador.Abuchacompostapor:um corpo isolante (feito de porcelanato); um condutor passante, geralmente de cobre ou lato; um terminal de bronze ou lato; e uma vedao de borracha e papelo. O leo isolante contido no transformador de distribuio exerce funo fundamental deisolaoederefrigeraodoncleoebobinasdotransformador.Aocorrnciadefalhas operativasouelevaodetemperaturacausadegradaodascaractersticasdoleoedo transformador. Diantedaimportnciacrticadeumtransformadorcomoitemintegrantedeum sistema de distribuio eltrica preciso prover a sua manuteno preventiva como forma de garantiraoperacionalidadedesseativo.Umadasformasparaefetivaraoperacionalidade asseguraramanutenodotempodevidadotransformadorsemquehajaaocorrnciade FIGURA 3 Figura do transformador de distribuio trifsico em corte. (Obra: Eficincia Energtica: Fundamentos e Aplicaes) falhas decorrentes da sua condio operativa. Para isso faz-se uso de parmetros operacionais, ou fatores de servio propriamente ditos, os quais delimitam os limites operacionais. Dentreosdiversosfatoresdeserviooulimitesdetolernciaqueumequipamento pode ser submetido, alm da condio nominal,a temperatura um importanteindicador do limitedecapacidadeoperacionaldeumequipamento.Servindodealarmepararespeitaros limitesmximosdeutilizao,demodoquenoocorramdanosacurtoprazo.Attulode exemplo,podem-seilustrarostransformadoresqueprecocementetornam-se operacionalmenteindisponveisdevidoasuacondiodefuncionamentoacimada temperatura tolervel (vide FIGURA 4). Baseadonessaabordagem,atemperaturapodeentoserconsideradacomoum particular agente catalisador de envelhecimento dos elementos isolantes de um transformador. Porisso,quandoumtransformadorsubmetidoaummaiorcalorexternoeexcessivo carregamento,atemperaturadoncleoeleva-se,contribuindofatalmenteparaareduoda sua vida til, caso esta situao no seja sanada. Comportamento semelhante tambm pode ser constatadoeminstalaesabrigadas(painelfechado),asquaissosujeitasamaiores temperaturas internas, conforme FIGURA 5. FIGURA 4 Imagens de transformadores pegando fogo

Foto: http://silvanalves.com.br/site/08/2013/transormador-pega-fogo-na-monteiro-de-castro/ Foto: http://g1.globo.com/vc-no-g1/noticia/2011/08/internauta-filma-incendio-em-transformador-no-rio-de-janeiro.html Comoilustrado(FIGURA4eFIGURA5),umtransformadoreltricopode eventualmente, conforme as condies operacionais, sofrer uma alta elevao de temperatura. Por conta disso, preciso no seu projeto de instalao considerar trs caractersticas distintas doscircuitos:adieltrica,aeltricaeamagntica.Assimsendo,emcadaumdoscircuitos sucede perdas que podem ser subdivididas, de acordo a explanao abaixo: No circuito dieltrico: Normalmente essas perdas so associadas s perdas no ferro. Quando se determina as perdasemumtransformadordedistribuio,estassoagrupadasautomaticamentededuas formas: -Perdasnoferro(definidacomoperdasnotransformadorsemcarga,ouseja,em vazio). -Perdas no cobre (definida como perdas no transformador com carga) No circuito eltrico: -Perdas devido corrente de carga; -Perdas devido corrente de excitao; -Perdas por correntes parasitas nos condutores devido ao fluxo de disperso. No circuito magntico: -Perdas por histerese no ncleo; -Perdas por correntes parasitas, ou de Foucault, no ncleo; FIGURA 5 Exemplo de transformador abrigado (painel fechado) Foto: http://www.mtf.stuba.sk/docs/internetovy_casopis/2013/2/web4_Lelak.pdf Foto: http://www.oprogressonet.com/cidade/transformador-da-subestacao-da-caema-pega-fogo/55266.html -Perdaspordispersodascorrentesparasitasnoncleoatravsdosgrampos, parafusos, etc. PERDAS NOS CIRCUITOS DIELTRICOS Duranteoseufuncionamento,otransformadorsofredegradaogradualdas propriedadesdieltricas(capacidadedeimpedirapassagemdacorrenteemummaterial quandosubmetidoaumadiferenadepotencialeltrico)efsico-qumicasdomeioisolante queenvolveoseuncleo(FIGURA6).Geralmenteosmateriaisempregadoscomoisolantes dieltricos so orgnicos (composto de base celulsica: papel e papelo Kraft, papel manilha e papelo de algodo), impregnados leo mineral ou naftnico. Dentre os materiais empregadoscomo isolantesdieltricos, os orgnicosso os que apresentammaiorsuscetibilidadeaoprocessodeenvelhecimentoporativaoenergtica. Destemodo,ataxadeenvelhecimentopresenteemumequipamentoeltricodiretamente proporcional taxa da elevao da sua temperatura operacional. Logo, quanto maior a taxa de ativaoenergtica,maisrpidaserasuataxadeenvelhecimento.Esseenvelhecimento ocorre,sobretudo,devidovariaodatemperaturaqueessetransformadorestsendo FIGURA 6 - Detalhe de ncleo de um transformador Foto: http://www.eletrica.ufpr.br/piazza/ensaios/sistist1.pdf submetido ao longo de sua atividade operacional; seja devido as suas condies operacionais; seja devido ao carregamento e ambiente de instalao. Nacomposiodosdiferentesmateriaisempregadosnosistemadeisolamento, podemexistirinflunciasmtuasquecausamefeitossinergticoscontribuintescomo atenuantes ou agravantes para o tempo de vida til do transformador. Por exemplo, em alguns sistemasdeisolamentoocorremprocessosdedifuso,comoemleoseemgaseseletro-isolantes, que se degradam a partir de reaes fsico-qumicos.

Poroutrolado,osmateriaisferrososcomocobreealumnio,porpossuremmenor taxadeativao,sonormalmentedesconsideradosnaestimativadavidatildeum transformador. PERDAS NOS CIRCUITOS ELTRICOS -Perdas no circuito eltrico relacionada corrente de carga: As perdas nos transformadores de distribuio decorrem da transferncia de energia e acompanhadapordanosqueestorelacionados,tambm,aconstruodotransformadore doseuregimedetrabalho.Noquedizrespeitoaestetipodecarga,segundoVIANAetal (2012),essasperdassoiguaissomadosquadradosdascorrentes,multiplicadospelasresistncias dos vrios enrolamentos. Nesse processo de transferncia so os tipos e quantidades de cargas que determinam osfatoresqueiroprovocaraumentodetemperatura.Assimsendo,onicofatorquepode sofrermodificaoparareduodasperdasmnimasovalordasresistnciasdos enrolamentos.Parasealcanarissoindispensvelqueaseodoscondutoresaumenteo mximo possvel e seu comprimento seja reduzido ao mximo. Por outro lado, o aumento da seo dos condutores acarreta diminuio da resistncia etambmdasperdaspor 2I R P = .Entretanto,aopropiciaresseaumento consequentementeiracrescerasdimensesdotransformadoreelevarpossveisperdasno circuito magntico. Como mencionado anteriormente, os tipos de cargas influenciam bastante nas perdas. Ascargascomcaractersticasnolinearesprovocamdistoresnossinaisdecorrentese tenses do circuito de distribuio. Quando isso acontece, os transformadores so submetidos atensese/oucorrentesdistorcidas,causando,assim,oaumentodeperdasdepotnciae provocandoelevaodatemperaturae,consequentemente,adegradaodosmateriais isolantes que o compe, como leos, resinas e papis. Nasmquinaseltricasestticas,maisprecisamentenostransformadorestrifsicos dedistribuio,assobrecargasresultantesdedesequilbriosdecorrentesnasfasese harmnicas,quesoproduzidaspelascargasnolineares,exercempapelimportantssimo para o decaimento da vida til do equipamento. Ademais,faltaseltricas,attulodeexemplooscurtos-circuitos,podemafetar consideravelmenteaintegridadefsicadosmateriaisisolantes.Podendo,inclusive,alteraras caractersticasfuncionaiseaspropriedadesintrnsecasdessesmateriais.Squenoregime contnuo,assobretenses,sobrecorrenteseharmnicassoosmaioresresponsveispelo aumentodogradientedetemperatura.Comisso,nota-sequeaqualidadedeenergiaexerce um fator decisivo na manuteno da temperatura em valores aceitveis, dentro de limites que assegurem uma maior vida til do transformador. Uma grande parte das aplicaes eltricas faz uso de mquinas eltricas dependentes dainduoeletromagntica.Nossistemasdedistribuioeltrica,dependentesdacorrente alternada, o transformador uma das mquinas essencialmente empregada, sobretudo onde precisofazeraadequaodosnveisdetensonecessriaacadasubsistemaougruposde carga. Por conta dessa dependncia, perdas devido aos fenmenoseletromagnticos ocorrem tanto em condies de operao senoidal como no-senoidal. Entende-seporcondiodeoperaosenoidal,ossistemasquesosubmetidosa sinaisdealimentao(CA)livresdedistoresharmnicas.Asharmnicasdeumsinalde corrente ou tenso correspondem aos componentes de sinais que so mltiplos inteiros da sua frequnciafundamental.AFIGURA7demonstraumsinaldecorrenteeorespectivosinal harmnico de 5 ordem, resultando em um sinal distorcido devido presena da harmnica. Quando os transformadores esto operando em condies senoidais, basicamente, as perdas associadas so aquelas devido s perdas ocorridas no cobre e no ferro. As perdas nocobredecorremdoaquecimentodasbobinas(primriaesecundria),devido passagem da corrente eltrica que gera a dissipao de calor por efeito Joule. J as perdas noferro,socausadaspelaocorrnciadecorrentesinduzidasnaspartesmetlicasdo transformadorounosmateriaissujeitosainflunciadecamposmagnticosvariantesno tempo. -Perdas devido corrente de excitao; Asperdas,nestetipo,sobastantepequenas,comoexplicaVIANAetal(2012), pois: (...)ascorrentesdeexcitaodostransformadoresnoexcedema5%da corrente nominal, sendo que em grandes transformadores esto na ordem de 1a2%.Comoasperdassodadaspeloquadradodacorrente,parauma correntede5%danominalasperdassode0,25%dasperdasqueo transformadorteriaemplenacarga.Portantoessasperdaspodemser desprezadas.

-Perdas por correntes parasitas nos condutores devido ao fluxo de disperso. Este tipo de perda (FIGURA 8) ocorre por causa de correntes parasitas que aparecem em cada condutor, ultrapassando o campo magntico de disperso. No fcil mensurar este tipo de perda porque precisaria da corrente de carga, mas pode-se obter uma estimativa da sua magnitude, por meio da indicao de um percentual, relacionada s perdas do tipo 2I R P = .FIGURA 7 - Onda deformada e suas componentes harmonicas Fonte: Harmnicas nas Instalaes Eltricas causas, efeitos e solues. PROCOBRE (Instituto Brasileiro do Cobre) Essascorrentesparasitasinduzidasnoferrotambmcausamefeitosindesejveis dedissipaodecalorporefeitoJoule,ocasionandoaumentodetemperaturano transformador.Normalmente,parareduzirasperdasnoferro,constri-seoncleodo transformadora partir da montagem de lminasconstruda com placas depequena espessura sobrepostas e isoladas umas das outras. Considerados fixos o fluxo de disperso e a massa total de cobre por meio de outras consideraes,onicofatorquepoderiasofrervariaes,seriaodimensionamentodecada condutor por onde passa o fluxo de disperso. Mas essa dimenso deve ser a menor possvel subdividindo os condutores e isolando-os uns aos outros. PERDAS NO CIRCUITO MAGNTICO -Perdas por histerese no ncleo Enquanto que a magnetizao de um material ferromagntico ocorre rapidamente,a suadesmagnetizaoocorredeformalenta,gerandocomissoumretardo.Esseretardo provocadopelocomportamentocaractersticodemagnetizao/desmagnetizaodosdipolos atmicosdeummaterial.Aoaplicarumcampomagnetizanteosdomniosmagnticos formam um dipolo magntico alinhado com o campo aplicado; se esse campo sofrer inverso de polaridade, os dipolos tambm sofrero orientao anloga. No entanto, durante a inverso de campo magntico, produzido um gasto de energia para inverter a polaridade dos dipolos. FIGURA 8 Correntes parasitas gerados no condutor http://docente.ifrn.edu.br/giancarlosbarbosa/dissertacao/dissertacao Ocampoeletromagnticodeumtransformadoreltrico,operandoemcorrente alternada,sofrealternncianocampomagnticodeacordocomafrequnciadatenso aplicada.Portanto,ocampomagnticoinduzidonasbobinasdotransformadormudade sentidomuitasvezesporsegundo,produzindo,comisso,calor,emvirtudedaenergia dissipada,necessrioparasuperaroatritoeinrciadainversodeorientaodosdipolos. Essa quantidade de potncia dissipada denominada perda por histerese. Aperdaporhisteresemagnticanoncleodeumtransformadorvariaconformeo materialutilizadoeasuafrequnciadeoperao.Emdeterminadosmateriais,aperdapor histerese muito grande. Por isso, o material adotado na composio do ncleo, alm de ter a montagem disposta em lminas deve ter o menor ndice de histerese magntica possvel, pois quantomaiorafrequnciadeoperaodeumtransformadormaiorserasperdaspor histerese. A perda por histerese dependente, sobretudo, da qualidade do ncleo utilizado, e seus clculossorealizadospormeiodecurvasdoncleomagnticofornecidopelofabricante. Essasperdassoproporcionaisaopesodomaterialutilizado,variandodeacordocoma densidade do fluxo. Para reduzi-las deve atenuar o peso do material o mximo possvel e no possuirumadensidadedefluxoexcessivo.Contudo,aoreduziradensidadedefluxo,como objetivodediminuirasperdasporhisterese,acarretaumsuscetvelacrscimo domaterial ferromagntico,aumentando,consequentemente,ocomprimentodosfiosdecobrenos enrolamentos e elevando as perdas por 2I R P = . -Perdas por correntes parasitas de Foucault no ncleo Por ser constitudo de material ferroso, o ncleo do transformador, o elemento que maissofreoefeitodeaquecimentoporcorrentesparasitasoucorrentesdeFocault, conforme(FIGURA9). Essascorrentesnotransladamenergiaparaosecundrio,apenas aquecemoncleo,esocausadasporumfenmenoqueocorretipicamenteemmateriais ferromagnticosedenominadodehisteresemagntica.Ahistereseoatrasoouretardoque ocorrenoprocessodemagnetizaoedesmagnetizao,conformeFIGURA10,que demonstra o ciclo de histerese da densidade de campo magntico. B Densidade do fluxo magntico CH Coercividade RB Remanescncia H Campo magntico Comissoasperdasdependemdadensidadedefluxoempregado,daqualidadedo materialdoncleo,daespessuradaslaminasdoncleoedaeficinciadaisolaoentreas placas do ncleo. Assim, a quantidade de material suscetvel perda pode serreduzida sea espessura das lminas do ncleo forem reduzidas. Mas, essa reduo nas lminas de forma inadequada acarretaalgumasdesvantagenscomoumaumentonasdimensesdoequipamentoeuma FIGURA 9 Correntes parasitas ou correntes de Foucault. Foto: http://pt.slideshare.net/heitorgalvao1/transformadores-33547619 FIGURA 10 Ciclo de Histerese Fonte: Sears. F.; Zemansky, M. W.; Young, H. D. Fsica 3 Eletricidade e Magnetismo, 1984. maior dificuldade para reunir ouagrupa-las no ncleo do transformador se as lminas forem muitos finas. -Perdas por Fuga de Correntes Parasitas no Ncleo Essasperdassocomplicadasdeseremidentificadaseporissoseutilizacomo parmetro as curvas do material ferromagntico fornecido pelo fabricante. -Perda por Fuga de Correntes Parasita no Tanque Otanquedeumtransformador,porserumrecipienteformadoporpartesativas, isoladoreseleo,temafunodetransmitiratrocadecalorcomomeioexternoque produzidapelasperdas.Comoasperdas,porfugadecorrente,notanquesosimilaress perdas por fuga de corrente parasita no ncleo, podem, de acordo com as condies de carga, alcanar elevadas propores se as correntes do secundrio forem altas. -Clculo das Perdas em um Transformador Conformeabordadonositensanteriores,osclculossodeterminadospormeiode dois prognsticos: perdas no cobre e perdas no ferro. Segundo VIANA et al (2012), as perdas hmicas, qualquer que seja o enrolamento (i) de um transformador, podem ser calculadas de acordo com a seguinte expresso:

2i i iI R P =(1) Contudo,parasedeterminaraperdahmicatotalnotransformadorpolifsico(CP ) utiliza-se a seguinte frmula:

=nii i CI R P2(2) Onde n representa o nmero total de enrolamentos no equipamento. Jasperdasqueocorremnoferro,ouseja,noncleodeumtransformador,podem ser expressa por, conforme definido por VIANA et al (pg. 270 e 271, 2012): Perdas por histerese:

( )nh HB f v K Pmax = (3) Onde: hP Perda por histerese [W]; hK Coeficiente amplamente varivel n Expoente variando entre 1,5 e 2,5 v Volume do ncleo magntico; f Frequncia da fonte em Hz; maxB Densidade mxima de fluxo magntico. Onde os valores hK en dependem do tipo de material considerado. Perdas por Foucault (correntes parasitas):

( )2max2 2B f v K Pf F = t(4)

Onde: fP Perdas por Foucault [W] fK Coeficiente de Foucault (amplamente varivel e dependente do tipo de material) v Volume do ncleo magntico; t Espessura das chapas; f Frequncia da fonte em Hz; maxB Densidade mxima de fluxo magntico. Perdas totais no ncleo: Para se obter as perdas totais no ncleo, por efeito Joule, que correspondem s perdas por histerese mais Foucault, a frmula representada da seguinte forma:

F H CP P P =(5) Onde: CP Perdas totais no ncleo. HP Perdas provocadas pela histerese do material magntico do ncleo FP Perdas causadas pelas correntes de Foucault. Frise-se queas perdasdecorrentesno cobree no ferro deum transformador de distribuio sogeralmenteobtidaspormeiodasequaesapresentadaou,emgrandepartedoscasos,pelos ensaios de campo, a exemplo dos ensaios em vazio e os de curto-circuito. Almdisso,emsituaescrticasdeelevaodetemperatura,umtransformador pode perder eficincia na transformao de energia, pois medida que a temperatura aumenta omovimentodeagitaotrmicacompetecomatendnciadealinhamentodosdipolosem materiaisferromagnticos.Essepontocrticodeelevaodetemperaturadenominado temperaturaCurie.Nessepontoomaterialnoconseguemaissustentarumamagnetizao espontnea,ouseja,assumeumcomportamentoparamagntico.Estamagnetizao espontneapodesercompreendidacomsuscetibilidademagntica( )mX ,aqualdeterminaa capacidadedeummaterialmagnetizar-sepormeiodeumaestimulaomagnticadeum campo magnetizante. Emtemperaturaambiente,asuscetibilidademagnticaquasezeronosmateriais paramagnticos.Ouseja,possuibaixarespostaamagnetizaoquandoexpostosaaode camposmagnetizante.Poressemotivo,observa-semaisosefeitosmagnticosemmateriais ferromagnticos. A Susceptibilidade magntica segue a lei de Curie-Weiss: CmT TCX= (6) Onde: C Constante caracterstica do material, Densidade do campo magntico CT Temperatura de Curie em kelvin. Comomencionadoanteriormente,noapenasofatodasperdaseltricasseremas causadoras do aquecimento nos transformadores de distribuio, mas tambm a ocorrncia de pequenosmovimentosdedilatao,ouseja,expansoecontraodaslminasdeferroque incitam o atrito mecnico causando sua deteriorao. Dessaforma,segundoaNorman5416,adeterioraodaisolaoemfunodo tempoedatemperaturafundamentadanateoriadeArrhenius,queestabelecequeo logaritmodavidadaisolaoumafunodoinversodatemperaturaabsoluta. Estabelecendo, assim, a seguinte equao: ( )TBA horas LogVida+ =(7) Onde: T Temperatura absoluta em graus Kelvin( ) Ce0273 + u eu Temperatura do ponto mais quente dos enrolamentos em C A e BConstantes da curva de expectativa de vida ANormaNBR5416,noitem4.1.3,abordatambmsobreaexpectativadevidade um transformador, quando menciona que: No h um critrio nico para a avaliao do fim da vida do transformador. Entretanto,possvelfazer-seumaavaliaodavelocidadedo TABELA 1 Susceptibilidade magntica de alguns materiais Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Susceptibilidade_magn%C3%A9tica envelhecimentoadicionalaqueestsendosubmetidooequipamento, comparandoaperdadevidacomumataxadeperdadevidamdiade referncia. No que tange ao clculo da perda de vida, a supracitada Norma expe que preciso mensurarumperododetempot A (horas),emqueatemperaturadopontomaisquentedo enrolamento eupermanece constante, pela seguinte equao:

t PVABeA =||.|

\|++100 10 %273 u (8) Onde: A -14,133 (transformador de 55 C) A -13,391 (transformador de 65 C)B 6 972,15 Assim, a temperatura muito impactante na vida til do transformador, ou seja, est condicionada em todo seu sistema de isolamento. Para se evitar perdas ou fluxos de disperso nosenrolamentos,precisofazermodificaesnostransformadoresideiasparatorn-los mais elaborados e eficazes, j que so utilizados como parmetros para o funcionamentos dos transformadores reais. Otransformadoridealumaalusodesconstitudodefluxodispersonosseus enrolamentos;asperdashmicasnasbobinassonulas;asperdasnoncleoeporhisterese, bemcomoacorrentequeproduzofluxomagnticosodesprezveis.Infere-se,assim,que no h perda de potncia porque a carga e o enrolamento secundrio no esto ligados fonte. Dessemodo,afontetransfereenergiaparaacargapormeiodoacoplamentomagntico existente entre os dois enrolamentos. Aequaoabaixodemonstraumadefiniofundamentalparaumtransformador. Comootransformadoridealnopossuiperdas,apotnciadafontetransferidaparao secundrio e, em seguida, entregue carga.

212121IINNUU= =(9) Poroutrolado,otransformadorrealapresentaasseguintescaractersticas:astenses doprimrioedosecundrionosoconstantesenemigualrelaodeespiras,variando segundoaintensidadedacarga;asbobinaseoncleodotransformadorapresentam aquecimento pelo fato da potncia de entrada ser dissipada no prprio equipamento; nem todo o fluxo que reveste o enrolamento o fluxo mtuo que fica vinculado ao ncleo, j que h um fluxo disperso que fecha seu caminho pelo ar, atendo-se apenas a um dos enrolamentos. Logo,comooprprionomejrepresenta,otransformadoridealpoderserummeio deespecificarasmelhorescondiesdefuncionamentodeumtransformadornassuas condies de operao. Ademais,paracomprovaraeficciadaabordagemdiscutidaseriapreciso desenvolverumprottipofuncionalcujafinalidadeserviriaparavalidarogerenciamento remotodatemperaturaemtransformadoresdedistribuio,instaladosemsistemaseltricos de elevada capilaridade. Para isso, o prottipo mencionado realizaria a aquisio dos dados de temperatura e transmitiria para a nuvem internet; permitindo com isso, a monitorao online. Paraaconstruodesseaparato,seriaindispensvelatenderalgunsrequisitos considerados necessrios para prover a funcionalidade e recursos previstos, como: -Possuiracapacidadepararealizaraaquisioeprocessamentodesinaisoriundosde sensores de temperatura de diversos tipos, independente de serem invasivos ou externos ao transformador; -Sercapazderealizaraconexocomainternetusandoredewi-fi(Wireless Fidelity) e/ou tecnologia GSM-GPRS (Global System for Mobile Communications); -Ser capaz de ler e escrever dados digitais e analgicos empregando resoluo mnima de 8 bits; -Ter baixo custo de investimento de instalao e de manuteno; - Sercapazdepermitir,apartirdeacessoremotointernet,amanutenodosoftwaree das parametrizaes; -SerimunesinterfernciaseletromagnticasEMI(EletromagneticInterference), causadaspelaproximidadedocampoeletromagnticoinduzidopelasbobinasdo transformador; -Ser capaz de processar dados usando algoritmos complexos; -Possuir sistema prprio de arrefecimento; -Possuir baixo consumo e elevada autonomia de energia; -Permitir o emprego de bateria Porisso,oaparatodesenvolvidodeveriatambmseraplicvelmediode transformadoresdedistribuio,conformeaNorma5416,item1.2,quepreceituaas seguintes classes:

a)Classe55C:transformadorescujaelevaodatemperaturamdiados enrolamentos,noexceda55acimadatemperaturaambienteequeopontomais quente do enrolamento no excede 65C, tambm acima da temperatura ambiente; b) Classe65C:transformadorescujaelevaodatemperaturamdiados enrolamentos,noexceda65acimadatemperaturaambienteequeopontomais quente do enrolamento no excede 80C, tambm acima da temperatura ambiente; Seriaimprescindvelqueohardwareaceitasseaintegraodenovosrecursos para viabilizar outras medies como:

-Temperatura do leo:Valor da temperatura do ponto mais quente de toda a massa de leo isolante no tanque do transformador; -Imagem Trmica:Dispositivodesvinculadofisicamentedoenrolamentonoqualsimuladoa temperatura do ponto mais quente do cobre. -Potncia ativa, reativa e fator de potncia( ) cos : Valores calculados a partir de funes de algoritmos de extrao nos sinais de tenso e corrente;

-Temperatura ambiente: Usadaparacalculargradientesdetemperatura,permitindomelhoravaliao comportamentaldamquinaquandosubmetidaacondiesdeclimticasdiversas.A temperaturaambienteumfatorimportantenadeterminaodacapacidadedecargado transformador,jqueparaoclculodaelevaodetemperaturadequalquercargadeveser acrescida a temperatura ambiente para se obter a temperatura de operao. Preferencialmente, utiliza-se a medio da temperatura ambiente real para se determinar a temperatura do ponto mais quente do enrolamento e a capacidade de carga do transformador. Apspesquisas,foiconstatadoqueohardwaremaisadequadodeveriaserbaseado emtecnologiaembarcadadeltimageraoealtodesempenho(Stateofart);demodoque garantisseaplenaintegraocominterfacesesensoresdiversosequecomportassea capacidadedeprocessamentoeconectividadeutilizandoprotocoloTCP/IP.Almdisso, deveriasercapazdepreenchersatisfatoriamentetodososrequisitossupracitados;possuir baixoriscodeinvestimento;possuirhardwareesoftwarededesenvolvimentocomcdigo abertos (opensource) para permitir a reduo do custo de desenvolvimento e de implantao. Deacordocomessesrequisitos,foiutilizadaaplataformadehardware BeagleboneBlack.ABeagleboneBlackumaplataformaparadesenvolvimentode prottipos de sistema embarcado dealto desempenho.Que equipado com um poderoso processador Sitara ARM Cortex - A8 de 1 GHz, 32-Bits com arquitetura RISC, o produzido pela companhia norte-americana Texas Instruments. Essaplataformacapazdeembarcarumsistemaoperacionalcompletoe customizadoparaoseuhardware(comoLinuxUbuntu,DebianeAndroid),com capacidadesdeinterconectividadenativas,conformeFIGURA11.Amesmapossuisete entradasanalgicascomADC(AnalogicDataConverter)de12bitsderesoluo,com valores de sada compreendendo o range de 0 4095 e tempo de amostragem de 125 ns. Comisso,oprottipodeaquisiodetemperaturapodesuportaratsetesubsistemasde medio analgica ou sensores de diversos tipos. Nocasoparticulardasoluoapresentada,usou-secomofirmwareumaverso embarcadadosistemaoperacionalLinuxDebian.Paraosistemadeaplicaofoi desenvolvidoumcdigodeprogramapararealizaraaquisio,processamentoe transmissodedadosemprotocoloTCP/IP.Paraasaplicaesdemenorcriticidade, pode-seusarumcdigoescritoemPython,queporserumalinguagemdealtonvel, fortemente tipada, interpretadae orientadaa objetos supre beme at mesmo excede essa demanda. No entanto, para as aplicaes crticas e profissionais, que requerem maior nvel de complexidade e segurana, recomendvel que faa uso da linguagem C++, que pelo fatodeserumalinguagemdemdionveledeusogeralpossuielevadaportabilidadee flexibilidade para criao de drivers, gerenciamento de memrias, criao e utilizao de bibliotecas proprietrias e estrangeiras, bem como outros recursos genricos presentes em linguagensorientadasaobjetos.Almdisso,assimcomoalinguagemCpermite,oC++ tambmdispensaousodeprogramaocustomizadacomoasIDEs(Interface Development Enviroment) requeridas no Python, por exemplo. FIGURA 11 Base dos processadores Fonte:http://www.ti.com/general/docs/datasheetdiagram.tsp?genericPartNumber=AM3358&diagramId=43666 Alm do emprego de um aparato tecnolgico para permitir a aquisio e monitorao dosdadosdetemperatura,faz-senecessriotambmoestudoouanlisedessesdados,de acordo com uma filosofia ou metodologia de manuteno. Com o objetivo de proporcionar a validao dos efeitos resultantes da monitorao trmicas nos transformadores de distribuio.Dentrodessaabordagem,amanutenomaisadequadaerecomendadaparaseobtero resultadoesperadoparaotimizaodofuncionamentoevidatil,dotransformadora preditiva. Segundo Viana (2002, pg. 1), a manuteno est presente na histria humana desde o momento em que os indivduos comearam a utilizar instrumentos de produo, mas o seu aprimoramentosalavancouapartirdaRevoluoIndustrial,finaldosculoVIII,edas diversasrevoluesnocampodatecnologianosculoXX.Ocasiesqueresultaramna construodeequipamentosmaissofisticadoseprodutivos,bemcomonanecessidadedas indstrias se aperfeioarem para us-los de forma racional e produtiva. A indstriaalm de se adaptaraonovo mtodode produofoi obrigada a adequar suastcnicasdeorganizao,planejamentoecontrole.Essanovapostura,emespecficono Brasil na dcada de 1900, fez com que as indstrias intensificassem ainda mais as suas buscas pelaqualidadejqueteriamquecompetircomosprodutosestrangeiros.Fatoqueexigiu inevitavelmenteasempresassearmaremdetecnologiadeponta,excelentesrecursos FIGURA 12 Plataforma de desenvolvimento Fonte:http://robosavvy.com/store/beaglebone-black-rev-c.html humanos,programasconsistentesdequalidade,produtoscompetitivosetambmumeficaz plano de manuteno dos instrumentos de produo. (VIANA, 2002, pg. 4). A doutrina no unnime quanto classificao dos tipos de manuteno, cada autor entendeeclassificadeumaforma,masacompanhandooentendimentodeViana(2002, pg.9),amanutenopodeserclassificadadaseguinteforma:manutenocorretiva, preventiva, preditiva e autnoma (TPM). OconceitoeoobjetivodamanutenopreditivaparaViana(2002,pg.11-12) consistem,respectivamente,narealizaode:tarefasdemanutenopreventivaquevisam acompanharamquinaouaspeas,pormonitoramento,pormediesouporcontrole estatsticoetentampredizeraproximidadedaocorrnciadafalha;edeterminarotempo corretodanecessidadedaintervenomantenedora,comissoevitandodesmontagenspara inspeo, e utilizar o componente at o mximo de sua vida til. Diantedoexposto,amanutenopreditivaumprocedimentoquepermitiras empresasaobteremmelhorresultadonoquesitoprodutividadedoequipamento,poiso acompanhamentodaformaquefoidemonstradoaolongodotrabalhocontribuirparaa reduodeperdasdesnecessriasnostransformadorese,porconseguinte,amelhor utilizao de sua vida til, gerando mais lucros para empresas. 3CONCLUSO O presente trabalho apresenta uma alternativa inovadora e rentvel para as empresas quenecessitamdamonitoraotrmicadesuasmquinaseltricas,sobretudoasempresas concessionriasdeenergia,quedevidoasuaenormebaseinstaladadeequipamentos, precisamforosamenteaportarelevadosrecursosfinanceirosparagarantiramanutenode seus ativos em operao ao longo da sua rede de distribuio. Baseadonessademandafoidesenvolvidoumsoluonosentidodedisponibilizar paraasempresasdedistribuiodeenergia,umdispositivoeletrnicocapazdepermitira monitorao remota de temperatura em transformadores de distribuio, proporcionando com isso a superviso, com capacidade de deteco onlineda elevao de temperatura, resultando assim,menortempoderespostaeassertividadediantedosdiagnsticosreferentesaos problemasresultantesdaelevaodetemperaturaporcausadesobrecargas,perdase degradao dos elementos de isolao e meios auxiliares de arrefecimento do equipamento. O acompanhamento da temperatura nos transformadores tambm necessrio porque permiteummaioraproveitamentodoequipamentoenocolocasuavidatilemriscopor deficinciadeumaefetivasuperviso.Dessemodo,oatualmodelodedetecode sobrecargas,quetidocomoummtodofrgildeapuraoporutilizarcomorefernciaa anlisenascurvasdecargastpicasounofaturamentomensaldosconsumidores,seria substitudopeloprottipofuncionaldemonstrandonestetrabalho;quedemonstrasermais precisonoacompanhamentododesempenhooperacionaldeumtransformadorde distribuio,servindotambmcomobasededadosparausoemavaliaespreditivasde manuteno. Naprtica,aanlisedastemperaturasmedidasrealizadaatravsdavisualizaode valorestrmicos(C)acessveisemgrficosindividuaisporequipamentos,plotadosnum planocartesiano(TemperaturaxTempo),obedecendoaumtempodeamostragem parametrizvel. Para esse acesso online, utilizada o ambiente Internet (World Wide WEB), o qual a partir da extrao dos dados armazenados em nuvem exibe a curva de temperatura do transformador ao longo do eixo dos tempos, de acordo com a FIGURA 13. Comosresultadosdamonitoraoremotapoderseranalisadoorealestadoeas condiesoperativasdeumtransformador;evitandoassim,osprejuzosadvindosdaperda trmica,poisalmdeelevaremocustooperacional,reduzemtambmcapacidadede atendimento da demanda de energia solicitada pelo sistema. FIGURA 13 Grfico de dados Fonte: https://thingspeak.com/ 4REFERNCIAS ANEEL.Resoluon456,de2/311/2010.Disponvelem: Acesso em 12/04/2015. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR. Aplicao de cargas em transformadores de potncia.Rio de Janeiro, 1997. Disponvel em:http://www.buenomak.com.br/publicacoes/pdf/NORMAS-1997_nbr5416_97.pdf. Acesso em: 11/04/2015. _____. NBR 5356-1:2007. Transformadores de potncia. Parte 1: Generalidades. Rio de Janeiro, 2007. ______.NBR5440:TransformadorespararedesareasdedistribuioPadronizao. Rio de Janeiro, 1999. ______.NBR5462:ConfiabilidadeemantenabilidadePadronizao.RiodeJaneiro, 1994. FITZGERALD,A.E.;KINGSLEYJr.,C.;UMANS,S.D.MquinasEltricas:Com introduoeletrnicadepotncia.TraduodeAnatlioLaschuk.6.ed.PortoAlegre: Bookman, 2006. IEEEStdC57.12.80-2010.Disponvelem:< http://pbadupws.nrc.gov/docs/ML1233/ML12334A510.pdf>. Acesso em 12/04/2015. Jaroslav LELK, Michal VRY, Juraj PACKA, Eduard FIRICK, Terzia SKOREPOV. Theeffectoftemperatureandtemperaturerisetestofdistributiontransformers. Disponvel em: . Acesso em 24/05/2015. KAGAN,N.;OLIVEIRA,C.;ROBBA,E.Introduoaossistemasdedistribuiode energia eltrica. 2 edio So Paulo: Blucher, 2010. LACHMAN, Mrcio.Sistema de MonitoraoRemotae Avaliao do Estado Operativo deTransformadoresdePotencialCapacitivo(TPCs)InstaladosemSubestaesem Operao.2007.126folhas.Dissertao(MestreemEngenhariaEltrica)Universidade Federal de Santa Catarina, Rio Grande do Sul. Monitoramentoeacessoremoto.Conceitoseprincpios.Disponvelem: . Acesso em 04/04/2015 OTransformador.Disponvelem:. Acesso em 07/04/2015. Manutenes:TiposeTendncias.Disponvelem. Acesso em 13/05/2015 PAULINO,Marcelo.Usodemonitoramentoon-linedetransformadoresparaavaliao dacondiodoativo.107ed.,2014.Disponvelem: . Acesso em 04/04/2015. PROCOBRE. Harmnicas nas Instalaes Eltricas causas, efeitos e solues. So Paulo, Novembro de 2001. REIS,LineuBelicodos.Geraodeenergiaeltrica.2.ed.rev.eatual.Barueri,SP: Manoele, 2011. VIANA,A,;BORTONI,E.;NOGUEIRA,F.;HADDADJ.;NOGUEIRAA.; VENTURINI O.; YAMACHITA R. Eficincia Energtica: Fundamentos e Aplicaes. Programa de EficinciaEnergticaAEEL. 1Edio, Elektro Eletricidade e Servios S.A. Universidade Federal de Itajub. So Paulo, 2012. VIANA,Herbert Ricardo Garcia.PCM,Planejamento eControle da Manuteno. Rio de Janeiro: Qualitymark. Ed. 2002.