Analisador de gases em transformador modelo Hydrocal 1008 | MTE
Descrição
O HYDROCAL 1008-91 é um sistema de análise multigás em óleo instalado permanentemente no transformador, projetado para monitoramento contínuo de unidades críticas em subestações, usinas hidrelétricas e sistemas de transmissão. O equipamento mede individualmente a umidade no óleo (H₂O) e os sete gases‑chave dissolvidos no óleo isolante: Hidrogênio (H₂), Monóxido de Carbono (CO), Dióxido de Carbono (CO₂), Metano (CH₄), Acetileno (C₂H₂), Etileno (C₂H₄) e Etano (C₂H₆).
Desenvolvido pela MTE Meter Test Equipment AG (Suíça), o HYDROCAL 1008-91 substitui o envio periódico de amostras para laboratório por análise em tempo real, permitindo que técnicos e engenheiros acompanhem a evolução de falhas incipientes na isolação sem interrupção operacional do transformador.
Características Técnicas
Princípio de Medição
O sistema utiliza um princípio de extração de gás por headspace miniaturizado (sem membrana, com resistência a pressão negativa), patenteado sob EP 1 950 560 A1. Os sensores são segmentados por tecnologia:
- H₂: Sensor microeletrônico de gás
- CO, C₂H₂, C₂H₄: Unidade de sensor de gás por infravermelho próximo (NIR)
- CO₂, CH₄, C₂H₆: Unidade de sensor de gás por infravermelho próximo (NIR)
- H₂O: Sensor capacitivo de filme fino
- Temperatura: Sensores dedicados para óleo e gás
Faixas de Medição e Precisão
| Grandeza | Faixa | Precisão |
|---|---|---|
| Hidrogênio (H₂) | 0 a 2.000 ppm | ± 15% ± 25 ppm |
| Monóxido de Carbono (CO) | 0 a 5.000 ppm | ± 20% ± 25 ppm |
| Dióxido de Carbono (CO₂) | 0 a 20.000 ppm | ± 20% ± 25 ppm |
| Metano (CH₄) | 0 a 2.000 ppm | ± 20% ± 25 ppm |
| Acetileno (C₂H₂) | 0 a 2.000 ppm | ± 20% ± 5 ppm |
| Etileno (C₂H₄) | 0 a 2.000 ppm | ± 20% ± 10 ppm |
| Etano (C₂H₆) | 0 a 2.000 ppm | ± 20% ± 15 ppm |
| Umidade no Óleo (atividade de água) | 0 a 100% | ± 3% |
| Umidade em Óleo Mineral | 0 a 100 ppm | ± 3% ± 3 ppm |
| Umidade em Éster Sintético (opcional) | 0 a 2.000 ppm | ± 3% do MSC |
Precisões referenciadas a temperatura ambiente +20°C e óleo +55°C.
Interfaces de Comunicação
- Ethernet 10/100 Mbit/s (cobre RJ45 ou fibra óptica SC Duplex)
- RS 485
- Protocolos: MODBUS RTU/ASCII, MODBUS TCP, DNP3 (opcional), IEC 61850 (opcional)
- WiFi e USB para configuração local
- Servidor web embarcado acessível de qualquer smartphone, tablet ou notebook
Saídas e Alarmes
- 8 saídas analógicas DC (0/4 a 20 mA), configuráveis por gás
- 8 saídas digitais a relé (220 VDC/VAC, 2 A) para alarmes e controle (ex.: acionamento de sistema de resfriamento)
- 5 saídas digitais por optoacoplador (opcional)
- Até 10 entradas analógicas opcionais (4 DC + 6 AC) para integração de sensores externos já presentes no transformador
Dimensões e Condições de Operação
- Dimensões: 263 x 274 x 331 mm (L x A x P)
- Peso: Aproximadamente 15 kg
- Gabinete: Alumínio, grau de proteção IP-55
- Temperatura de operação (ambiente): -55°C a +55°C (display bloqueado abaixo de -10°C)
- Temperatura do óleo (no transformador): -20°C a +90°C
- Pressão do óleo: 0 a 800 kPa (pressão negativa permitida)
- Conexão à válvula: G 1½” DIN ISO 228-1 ou 1½” NPT ANSI B 1.20.1
Alimentação
- 120 V ou 230 V (-20%/+15%), AC 50/60 Hz ou DC
- Consumo máximo: 600 VA
Software Incluso
- HydroSoft (PC): configuração e administração de múltiplas unidades HYDROCAL, leitura de dados online, diagnóstico por Triângulo de Duval e Rogers 3D, exportação para Excel/CSV, alarme por e-mail automático
- Servidor web embarcado: acesso direto a gráficos de tendência, tabelas de dados e status de extração
Benefícios
Redução de custos operacionais. Ao eliminar a necessidade de coleta e envio periódico de amostras para laboratório, o HYDROCAL 1008-91 reduz drasticamente o custo por ponto de monitoramento ao longo da vida útil do transformador. Uma única falha detectada em estágio inicial pode evitar paradas não programadas que custam ordens de grandeza superiores ao investimento no equipamento.
Aumento da disponibilidade dos ativos. O monitoramento contínuo permite intervenções baseadas em condição real, não em calendário. Técnicos de manutenção passam a programar intervenções com dados concretos de evolução de gases, eliminando janelas de manutenção desnecessárias e reduzindo o risco de falhas catastróficas.
Segurança operacional. A detecção precoce de Acetileno (C₂H₂) — gás associado a arcos elétricos de alta energia — e de Hidrogênio (H₂) — presente em praticamente qualquer falha da isolação — permite desligamentos programados e seguros, eliminando situações de emergência com risco ao pessoal e ao meio ambiente.
Instalação sem interrupção. O equipamento é instalado diretamente na válvula do transformador sem necessidade de desligamento, parada de produção ou manobra na subestação. Um técnico com treinamento básico realiza a montagem em menos de duas horas.
Sistema livre de manutenção. Diferentemente de cromatógrafos tradicionais que exigem calibrações periódicas e reposição de colunas e gases de arraste, o HYDROCAL 1008-91 não requer manutenção preventiva programada. A calibração é verificada remotamente via software.
Aplicações
Usinas Hidrelétricas
Transformadores elevadores de unidade geradora são ativos críticos onde uma falha não programada representa perda de receita de geração e custos elevados de reparo. O HYDROCAL 1008-91 instalado nesses transformadores permite:
- Monitoramento contínuo da evolução de gases durante regimes de carga variável (partida, parada, pico)
- Correlação entre teor de umidade e desempenho dielétrico do óleo em transformadores sujeitos a ciclos térmicos
- Alarme remoto para a sala de controle antecipando falhas incipientes
Subestações de Transmissão e Distribuição
Em subestações com múltiplos transformadores de potência, o HYDROCAL 1008-91 pode ser utilizado como sistema de monitoramento compacto, integrando sensores já existentes (temperatura do óleo, temperatura ambiente, carga, buchas capacitivas) via entradas analógicas opcionais, consolidando todos os dados em uma única interface.
Transformadores de Usinas Siderúrgicas e Industriais
Aplicações com sobrecargas cíclicas severas e ambientes agressivos (poeira condutiva, variação térmica extrema) se beneficiam da faixa estendida de temperatura de operação (-55°C a +55°C) e do gabinete IP-55 do equipamento.
Laboratórios de Alta Tensão
Em ensaios de envelhecimento acelerado de transformadores, o HYDROCAL 1008-91 fornece medições contínuas dos sete gases e da umidade, substituindo a cromatografia laboratorial pontual por uma série temporal completa, permitindo análise de taxa de evolução de gás (ppm/dia) com resolução muito superior.
Diferenciais
Medição Individual de 7 Gases + Umidade
A maioria dos monitores online de gás dissolvido no mercado mede apenas H₂, CO e C₂H₂, ou utiliza correlações indiretas para estimar os demais gases. O HYDROCAL 1008-91 mede individualmente os sete gases mais a umidade, permitindo o uso de ferramentas de diagnóstico completas — Triângulo de Duval 1, 2, 4 e 5, Rogers 3D, relação IEC — sem necessidade de amostragem laboratorial complementar.
Sem Membrana, Resistente a Pressão Negativa
O sistema de extração por headspace patenteado não utiliza membrana permeável, eliminando o ponto mais crítico de falha de monitores concorrentes. O equipamento opera com pressão negativa no transformador (comum em variações de carga e temperatura), situação que compromete sistemas baseados em membrana.
Comunicação Padrão IEC 61850
Suporte nativo ao protocolo IEC 61850 (opcional) permite integração direta com sistemas de automação de subestação (SAS) e IEDs, sem necessidade de gateway externo ou conversão de protocolo. Para plantas que utilizam MODBUS ou DNP3, o equipamento já inclui esses protocolos de fábrica.
Faixa de Temperatura Extrema
Com operação comprovada de -55°C a +55°C, o HYDROCAL 1008-91 é adequado para usinas hidrelétricas e subestações em regiões de clima severo, sem necessidade de abrigo climatizado. A maioria dos equipamentos concorrentes limita-se a 0°C a +50°C.
Software de Diagnóstico Integrado
O HydroSoft já inclui ferramentas de diagnóstico baseadas em Triângulo de Duval e relações de Rogers, permitindo que o técnico classifique o tipo de falha (descarga parcial, aquecimento, arco elétrico) diretamente na interface, sem softwares de terceiros.
Especificações Técnicas Resumidas
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Gases medidos | H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆ |
| Umidade | H₂O (atividade de água e ppm em óleo mineral) |
| Método de extração | Headspace miniaturizado (patenteado, sem membrana) |
| Sensores | NIR (CO, CO₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆) + microeletrônico (H₂) + capacitivo (H₂O) |
| Conexão ao transformador | Válvula G 1½” DIN ISO 228-1 ou 1½” NPT |
| Instalação | Sem interrupção operacional |
| Temperatura de operação | -55°C a +55°C |
| Proteção do gabinete | IP-55 |
| Alimentação | 120/230 V AC/DC, 600 VA máx. |
| Comunicação | Ethernet, RS 485, WiFi, USB |
| Protocolos | MODBUS RTU/TCP, DNP3, IEC 61850 |
| Saídas analógicas | 8 x 0/4-20 mA DC |
| Saídas digitais | 8 relés + 5 optoacopladores (opcional) |
| Entradas analógicas (opcional) | 4 DC + 6 AC |
| Peso | ~15 kg |
| Garantia | Conforme política MTE |
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