BRPI0619815A2 - método de controle para resfriar uma instalação industrial - Google Patents

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Abstract

MéTODO DE CONTROLE PARA RESFRIAR UMA INSTALAçãO INDUSTRIAL. A presente invenção refere-se a um Método para controlar o resfriamento de uma instalação industrial com pelo menos um componente elétrico, tal como, por exemplo, um transformador, que compreende pelo menos um elemento de resfriamento para resfriar os componentes elétricos, em que pelo menos um sensor está provido para medir a temperatura e/ou a viscosidade do refrigerante dentro do sistema de resfriamento. Um controle ótimo do sistema de resfriamento pode ser provido por meio do controle dos componentes elétricos com perfis de controle selecionados que levam em conta os dados específicos para os componentes elétricos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE CONTROLE PARA RESFRIAR UMA INSTALAÇÃO INDUSTRIAL".
A presente invenção refere-se a um método para controlar o res- friamento de uma instalação industrial que compreende pelo menos um componente elétrico e com um sistema de resfriamento que compreende pelo menos um elemento de resfriamento para resfriar o componente elétri- co, em que pelo menos um sensor mede a temperatura e/ou a viscosidade do refrigerante dentro do sistema de resfriamento.
O resfriamento de um componente elétrico, especificamente de um transformador de óleo, é necessário devido à energia térmica produzida na operação do componente elétrico. No caso de um transformador resfriado a óleo, um sistema de circuito de resfriamento que estende-se entre os enro- Iamentos é convencionalmente utilizado no qual um refrigerante tal como, por exemplo, um ar de resfriamento, circula. Devido ao aquecimento do óleo de resfriamento, camadas de calor são produzidas dentro dos circuitos de resfriamento de modo que o óleo de resfriamento circula dentro do sistema de resfriamento.
Ao mesmo tempo, o sistema de resfriamento está freqüentemen- te conectado a um trocador de calor o qual fornece o calor do óleo de resfri- amento como um refrigerante para o ar ambiental. Esta troca de calor é fre- qüentemente suportada por radiadores adicionais em que o volume de ar o qual está em contato com o trocador de calor é aumentado. Um resfriamento eficaz de um transformador de óleo pode ser provido pelo controle coorde- nado de bombas de óleo adicionais dentro do refrigerante e do desempenho do radiador.
Este sistema de resfriamento que consiste no circuito de resfri- amento para o óleo, o trocador de calor e os radiadores é convencionalmen- te controlado em um modo muito simples. Quando um nível de temperatura específica é excedido dentro do sistema de resfriamento, as bombas de óleo e/ou os ventiladores são ligados, os ventiladores e/ou as bombas somente tem um máximo de três níveis de potência. Estas unidades são ligadas quando valores predeterminados específicos são excedidos. O fator desvan- tajoso nesta disposição é, no entanto, que estas unidades de resfriamento são ligadas ou desligadas, respectivamente, somente dentro de grandes in- tervalos de temperatura. No entanto, isto leva a consideráveis mudanças em volume do nível de óleo dentro do sistema de resfriamento e dos vasos de expansão conectados a este. No caso de grandes flutuações do volume den- tro do vaso de expansão, uma assim denominada "respiração" do transfor- mador é produzida como um resultado da qual a umidade entra crescente- mente no refrigerante devido ao contato com o ar ambiental. Isto leva a um envelhecimento acelerado do líquido refrigerante e adicionalmente prejudica a propriedade isolante do óleo de resfriamento como refrigerante. -
A temperatura dentro do sistema de resfriamento ou a tempera- tura que existe dentro do transformador, respectivamente, é convencional- mente medida ou determinada indiretamente. Neste contexto, um salto de temperatura entre o enrolamento e o sistema de resfriamento circundante, o qual depende da corrente dentro do enrolamento, deve ser levado em consi- deração, por um lado. Isto é porque a corrente secundária de transformador é utilizada para determinar a temperatura de enrolamento. A corrente secun- dária de transformador, por sua vez, alimenta um resistor de aquecimento em um termômetro apontador e, como um resultado, produz uma indicação de temperatura que corresponde ao carregamento de transformador o qual, no caso ideal, corresponde à temperatura de óleo realmente medida. Com base neste método de medição indireto, a temperatura de enrolamento mé- dia ou, respectivamente, máxima pode ser mapeada. Nesta disposição, no entanto, os ajustes de meia corrente são feitos de acordo com característi- cas previamente determinadas. Mais ainda, o salto de temperatura entre o enrolamento e o refrigerante circundante é calculado com base no assim denominado estado de operação de transformador nominal. Em outros esta- dos de operação do transformador do que o estado de operação nominal, uma determinação inequívoca da temperatura de ponto quente não é possí- vel, já que, por um lado, o modelo de projeto físico que forma a base para o estado de operação nominal - e assim o cálculo da temperatura de ponto quente - não é completamente aplicável a outros estados de operação do transformador. Mais ainda, os parâmetros de estado corrente do sistema de resfriamento, por exemplo o número de bombas e ventiladores correntemen- te em operação, não são interrogados e portanto a capacidade de resfria- mento instantânea não é levada em consideração na determinação da tem- peratura de enrolamento real corrente.
É o objetivo da presente invenção evitar as desvantagens acima mencionadas e prover uma capacidade de resfriamento ótima para uma a- plicação industrial durante a sua operação a qualquer momento.
De acordo com a invenção, o objetivo é conseguido pelas carac- terísticas da reivindicação 1. Neste contexto,-está provido que aplicativos baseados em regras e/ou uma rede de neurônios é utilizada para controlar o elemento de resfriamento por meio de um perfil de controle e é otimizada em relação a um estado de operação predeterminado do componente elétrico.
O perfil de controle é predeterminado pelo operador e é otimiza- do em relação a um estado de operação predeterminável do componente elétrico. Assim, por exemplo, o perfil de controle pode ser projetado de tal modo que tão pouco ruído de carregamento quanto possível é produzido e assim a utilização de ventiladores é praticamente dispensada durante um desvio entre a temperatura NOMINAL e REAL. O perfil de controle pode também ser orientado para um longo tempo de operação do componente elétrico em que uma certa temperatura não deve ser excedida dentro do componente elétrico.
Em uma modalidade vantajosa do método, está provido que a distribuição de temperatura dentro do componente elétrico é calculada com base na temperatura e/ou viscosidade e/ou taxa de fluxo medida do refrige- rante e/ou os dados de operação utilizados como uma base no desenvolvi- mento do componente elétrico.
O método de acordo com a invenção assegura que o controle dos elementos de resfriamento é otimizado para cada transformador indivi- dual e é especialmente casado com a respectiva vida do transformador, le- vando em consideração os elementos de resfriamento disponíveis, a capaci- dade de resfriamento disponível, o estado de operação corrente. O perfil de controle a ser selecionado pelo operador é utilizado como uma base para controlar o sistema de resfriamento e assim operar otimamente o transfor- mador com referência ao perfil de controle selecionado tal como, por exem- plo, controlar o transformador com referência a um tempo de operação má- ximo em serviço.
Além disso, os dados e os valores de projeto do planejamento e desenvolvimento do transformador são levados em consideração na geração do respectivo perfil de controle e no cálculo da temperatura de ponto quente. Mais ainda, os desvios entre o cálculo e a operação real, já encontrados no departamento de teste de transformador, podem ser implementados nos per- fis de controle específicos dos transformadores.
Também, existe uma capacidade de diagnóstico sobre o estado do sistema de resfriamento e o estado de operação passado, corrente e - utilizando os modelos de carga como uma base - também futuro do trans- formador. O processamento destas variáveis de estado do sistema de resfri- amento em um banco de dados torna possível construir um histórico dos estados de operação. Além disso, os intervalos de manutenção podem ser otimamente calculados e iniciados por meio do estado de operação real. A diferença em relação aos sistemas de monitoramento já no mercado princi- palmente encontra-se no fato de que a otimização do sistema de resfriamen- to está focalizado em cada transformador específico. O software SIMATIC é a base essencial para o software de controle.
Vantajosamente, para calcular a distribuição de temperatura, a temperatura ambiente e a corrente que flui através do componente elétrico são medidas e são incluídas no cálculo de distribuição de temperatura, em que, quando valores de limite predeterminados são excedidos, o elemento de resfriamento é regulado com uma capacidade de resfriamento correspon- dentemente mais alta com base no perfil de controle selecionado.
De acordo com a invenção, o elemento de resfriamento é regu- lado por meio do perfil de controle selecionado de tal modo que uma distribu- ição de temperatura uniforme dentro do componente elétrico seja assegura- da. Como uma alternativa, o elemento de resfriamento é regulado por meio do perfil de controle selecionado de tal modo que uma distribuição de tempe- ratura máxima predeterminada dentro do componente elétrico não seja ex- cedida.
Em uma modalidade vantajosa do método de acordo com a in- venção, pelo menos dois elementos de resfriamento podem ser regulados individualmente e em um modo dependente de velocidade. Mais ainda, o componente elétrico é um transformador e o elemento de resfriamento é um ventilador de velocidade selecionável.
A invenção está também caracterizada pelo fato de que a tem- peratura e/ou viscosidade medida no sensor, a distribuição de temperatura calculada e os valores de controle para o elemento de resfriamento são transferidos para uma sala de controle, em que a sala de controle controla independentemente o elemento de resfriamento, se requerido, independen- temente da distribuição de temperatura calculada e dos valores de controle para o elemento de resfriamento derivados desta.
Vantajosamente, está provido que o perfil de controle pode ser mudado a qualquer momento e um novo estado de operação ótimo do com- ponente elétrico é calculado com base no perfil de controle mudado. Assim, por exemplo, um operador pode mudar o perfil de controle, e assim o estado de operação desejado do componente elétrico, diretamente no componente elétrico. Com a mudança no perfil de controle, o método de acordo com o método determina a capacidade de resfriamento ótima para conseguir a temperatura NOMINAL com base na temperatura REAL.
O objetivo é também conseguido pelas características da reivin- dicação 12. De acordo com a invenção, está provido que um dispositivo de avaliação é utilizado para calcular a distribuição de temperatura dentro do componente elétrico, em que a unidade de avaliação pode estar conectada a um sensor para medir a temperatura e/ou viscosidade de um refrigerante localizado dentro do sistema de resfriamento e a unidade de avaliação con- trola o elemento de resfriamento com base na distribuição de temperatura calculada.
Outras modalidades vantajosas da invenção acima mencionada estão descritas nas sub-reivindicações. A presente invenção será explicada em maiores detalhes por meio das figuras seguintes, nas quais:
a figura 1 mostra um fluxograma do método de acordo com a invenção;
a figura 2 mostra o diagrama equivalente do dispositivo de acor- do com a invenção.
A figura 1 mostra um fluxograma do método de acordo com a invenção. Com base na temperatura medida no sensor de temperatura, a temperatura de ponto quente corrente (HPT) é determinada por meio do va- lor de temperatura, definido no padrão internacional IEC padrão IEC 60354r Mais ainda, a temperatura ambiente é medida por meio de um sensor de M temperatura 4, o estado do óleo (sensor para componente de gás no óleo 5.1; sensor de conteúdo de umidade de óleo 5.2) e o nível de óleo dentro do tanque é medido por uma bóia 6. A temperatura de ponto quente (HPT) as- sim determinada é utilizada para o perfil de controle correntemente aplicado no transformador específico 2 para determinar a temperatura REAL da insta- lação industrial 1. Para este propósito, o perfil de controle ótimo para o esta- do de operação corrente, a vida corrente do transformador 2 e os estados de operação ótimos predeterminados pelo usuário são selecionados. Se o perfil de controle ótimo não for correntemente a base para o controle de processo necessário, este é lido de um banco de dados. Com base no perfil de contro- le ótimo, a temperatura de ponto quente (HPT) corrente é comparada com a temperatura ótima calculada com base no perfil de controle. No caso onde a temperatura de ponto quente (HPT) corresponde à temperatura NOMINAL com base no perfil de controle, o sistema monitora o desenvolvimento de temperatura de ponto quente por meio de um sistema de controle 7 e não liga nenhum ventilador 8.1, 8.2, 8.3 e/ou bomba 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 do circuito de resfriamento no sistema de resfriamento 10. Se existir um desvio na tem- peratura de ponto quente (HPT) com relação à temperatura NOMINAL, a avaliação da diferença da temperatura NOMINAL em relação à temperatura de ponto quente (HPT) corrente é utilizada para ativar os ventiladores 8.1, 8.2, 8.3 e/ou as bombas 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 do circuito de resfriamento. A dife- rença nas temperaturas acima mencionada é tomada como a base para de- cidir que uma capacidade de resfriamento deve ser adicionalmente gerada pelo sistema de resfriamento 10 para adaptar a temperatura de ponto quente (HPT) à temperatura NOMINAL. Com base no perfil de controle e no número e no desempenho dos ventiladores 8.1, 8.2, 8.3 e/ou das bombas 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, o sistema de controle 7 aciona o ventilador ou ventiladores 8.1, 8.2, 8.3 e/ou as bombas 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 com uma velocidade correspondente ou com uma potência correspondente, respectivamente. O uso forçado de bombas no sistema de resfriamento 10 leva a uma circulação aumentada do refrigerante dentro do sistema de resfriamento 10 e assim a uma remoção de calor para o ambiente. Esta forma de resfriamento é muito silenciosa. A utilização de ventiladores 8.1, 8.2, 8.3 leva a uma troca de calor aperfeiçoa- da do refrigerante através do trocador de calor com o ar ambiental e é mais ruidosa, em contraste com as bombas de circuito de resfriamento 9.1, 9.2, 9.3,9.4.
A figura 2 mostra uma disposição de circuito do dispositivo de acordo com a invenção. No transformador 2, os sensores 3, 4, 5.1, 5.2 mais variados estão localizados os quais provêem as informações sobre a tempe- ratura de ponto quente (HPT), a temperatura ambiente, os gases dissolvidos dentro do transformador, o conteúdo de umidade de óleo e o nível de óleo. Estes sensores 3, 4, 5.1, 5.2, 6 conduzem os dados medidos pelos mesmos para uma unidade de processamento central do sistema de controle 7. Com base nestes dados de medição disponíveis, esta unidade de processamento central calcula o estado corrente do transformador 2. Este estado corrente, assim determinado, do transformador 2 é comparado com um perfil de con- trole o qual é ótimo para o estado de transformador corrente. Se os valores de medição medidos desviarem-se dos valores ótimos de acordo com o per- fil de controle, os ventiladores 8.1, 8.2, 8.3 e/ou as bombas 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 do sistema de resfriamento 10 são acionados de acordo com o perfil de con- trole básico. O perfil de controle básico assegura que os ventiladores 8.1, 8.2, 8.3 e/ou as bombas 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 sejam otimamente casadas em relação ao seu número e capacidade com a capacidade de resfriamento re- querida para adaptar a temperatura REAL à temperatura NOMINAL.

Claims (12)

1. Método para controlar o resfriamento de uma instalação in- dustrial (1) que compreende pelo menos um componente elétrico (2) e com um sistema de resfriamento (10), conectado no componente elétrico (2), que compreende pelo menos um elemento de resfriamento (8.1) para resfriar o componente elétrico (2) em que pelo menos um sensor (3) mede a tempera- tura do componente elétrico (2) e/ou a viscosidade de um refrigerante dentro do circuito de resfriamento do sistema de resfriamento (10), e, com base na temperatura medida no sensor (3), uma distribuição de temperatura dentro do componente elétrico (2) é calculada e o elemento de resfriamento (8.1) é controlado na dependência da distribuição de temperatura, caracterizado pelo fato de que aplicativos baseados em regras e/ou uma rede de neurônios é utilizada para controlar o elemento de resfria- mento (8.1) por meio de um perfil de controle e é otimizada em relação a um estado de operação predeterminado do componente elétrico (2).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a distribuição de temperatura dentro do componente elétrico (2) é calculada com base na temperatura e/ou viscosidade e/ou taxa de fluxo medida do refrigerante e/ou os dados de operação utilizados como uma ba- se no desenvolvimento do componente elétrico (2).
3. Método de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que, para calcular a distribuição de temperatura, a tem- peratura ambiente e a corrente que flui através do componente elétrico (2) são medidas e são incluídas no cálculo de distribuição de temperatura, em que, quando valores de limite predeterminados são excedidos, o elemento de resfriamento (8.1) é regulado com uma capacidade de resfriamento cor- respondentemente mais alta com base no perfil de controle selecionado.
4. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, carac- terizado pelo fato de que o elemento de resfriamento (8.1) é regulado por meio do perfil de controle selecionado de tal modo que uma distribuição de temperatura uniforme dentro do componente elétrico (2) seja assegurada.
5. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, carac- terizado pelo fato de que o elemento de resfriamento (8.1) é regulado por meio do perfil de controle selecionado de tal modo que uma distribuição de temperatura máxima predeterminada dentro do componente elétrico (2) não seja excedida.
6. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois elementos de resfriamento (8.1, 9.1) podem ser regulados individualmente e em um modo dependente de velocidade.
7. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o componente elétrico (2) é um transforma- dor.
8. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o elemento de resfriamento (8.1) é um venti- lador de velocidade selecionável.
9. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 prece- dentes, caracterizado pelo fato de que o elemento de resfriamento (9.1) é uma bomba de velocidade selecionável dentro do circuito de resfriamento do sistema de resfriamento (10).
10. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a temperatura e/ou viscosidade medida no sensor (3), a distribuição de temperatura calculada e os valores de controle para o elemento de resfriamento (8.1) são transferidos para uma sala de controle, em que a sala de controle controla independentemente o elemento de resfriamento (8.1), se requerido, independentemente da distribuição de temperatura calculada e dos valores de controle para o elemento de resfria- mento (8.1) derivados desta.
11. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o perfil de controle pode ser mudado a qual- quer momento e um novo estado de operação ótimo do componente elétrico (2) é calculado com base no perfil de controle mudado.
12. Dispositivo para executar o método como definido em uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de avaliação (11) está integrado no sistema de controle (7) e a unidade de ava- liação (11) é utilizada para calcular a distribuição de temperatura dentro do componente elétrico (2), em que a unidade de avaliação (11) pode estar co- nectada a pelo menos um sensor (3) para medir a temperatura e/ou viscosi- dade de um refrigerante localizado dentro do circuito de resfriamento de um sistema de resfriamento (10) e a unidade de avaliação (11) controla o ele- mento de resfriamento (8.1) com base na distribuição de temperatura calcu- lada por meio de uma unidade de controle (12) dentro do sistema de controle (7).
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