Como as Tendências de Monitoramento de Temperatura Online Melhoram a Segurança da Rede e a Eficiência de Manutenção

Um sistema de energia é uma rede em larga escala composta por numerosos componentes interconectados, incluindo geração, transmissão, subestação, distribuição e equipamentos de usuários finais. Falhas no equipamento elétrico não só podem levar a interrupções inesperadas e perdas financeiras para as empresas de energia, mas também causar danos econômicos significativos aos consumidores. Portanto, a confiabilidade e o estado operacional desses dispositivos determinam diretamente a estabilidade e segurança do sistema de energia como um todo, bem como o desempenho econômico, a qualidade da energia e a confiabilidade do serviço dos fornecedores de utilidades.

O monitoramento online de equipamentos elétricos, combinado com métodos computacionais avançados para analisar os dados coletados, permite a detecção precoce de possíveis falhas, facilita ações preventivas e apoia o diagnóstico de falhas científico e a manutenção baseada em condições. Isso desempenha um papel crucial na melhoria da confiabilidade e segurança das operações do sistema de energia.

Com o contínuo avanço e maturidade das tecnologias de monitoramento online, juntamente com aplicações bem-sucedidas no setor de energia da China nos últimos anos, a manutenção baseada em condições gradualmente substituiu a manutenção baseada em tempo e se tornou uma tendência inevitável. Já em 2010, a State Grid Corporation of China emitiu as Diretrizes Técnicas para Sistemas de Monitoramento Online de Equipamentos de Subestações e começou a implementação abrangente da manutenção baseada em condições, visando melhorar a inteligência do equipamento, promover dispositivos e tecnologias inteligentes e alcançar alertas de segurança online e monitoramento inteligente de equipamentos.

Atualmente, o monitoramento online se concentra principalmente em equipamentos primários em subestações, incluindo:

• Equipamentos capacitivos: monitoramento online de capacitância e perda dielétrica (tanδ)

• Para-raios de óxido metálico: monitoramento online de corrente total de fuga e corrente resistiva

• Transformadores: monitoramento online de análise de gases dissolvidos (DGA) no óleo isolante, descarga parcial de ultra-alta frequência (UHF), PD de bornes e tanδ, e características dinâmicas de trocadores de derivação sob carga

• GIS: monitoramento de descarga parcial UHF e conteúdo de umidade (micro-água)

• Disjuntores: monitoramento de características mecânicas e densidade de gás SF₆

1. Necessidade de Monitoramento de Temperatura Online para Equipamentos Elétricos

A temperatura é um indicador-chave do funcionamento normal dos equipamentos primários. Pontos de conexão em equipamentos de energia podem sofrer de compressão solta, pressão insuficiente ou degradação da superfície de contato devido ao ciclo térmico, movimentos de fundação, defeitos de fabricação, poluição ambiental, sobrecarga severa ou oxidação. Esses problemas aumentam a resistência de contato, levando ao aumento da temperatura quando a corrente flui. Isso acelera o envelhecimento do isolamento, reduz a vida útil do equipamento e, em casos graves, pode desencadear falhas de arco, queima de equipamentos, danos expandidos ou até incêndios e explosões, especialmente em contatos móveis e fixos de disjuntores, que têm altas taxas de falha. Todos esses fatores representam ameaças constantes à operação segura do equipamento.

Atualmente, a maioria do monitoramento de temperatura depende de métodos tradicionais, como indicadores de temperatura de cera e termografia infravermelha periódica. Essas abordagens têm várias desvantagens:

• Os indicadores de cera são propensos ao envelhecimento e desprendimento, têm faixas de temperatura estreitas, baixa precisão, exigem leitura manual e não suportam gerenciamento automatizado;

• Termômetros infravermelhos requerem medição com linha de visão, são afetados pelas condições ambientais e frequentemente falham quando obstruídos;

• As inspeções manuais são intensivas em mão de obra, exigem proximidade (representando riscos de segurança) e carecem de capacidade em tempo real;

• O monitoramento offline não consegue capturar tendências de temperatura ou detectar anomalias em tempo hábil.

Assim, os métodos offline tradicionais já não atendem às demandas de operações eficientes, seguras e confiáveis de sistemas de energia. Há uma necessidade urgente de tecnologias de monitoramento online que permitam o rastreamento de temperatura em tempo real, a detecção oportuna de condições anormais e a prevenção de danos ao equipamento e acidentes de energia. Além disso, o monitoramento de temperatura online expande o escopo do monitoramento de condições, fornecendo parâmetros operacionais vitais para a manutenção baseada em condições e contribuindo significativamente para a operação segura e estável de equipamentos individuais e do sistema de energia como um todo.

2. Tendências de Desenvolvimento na Tecnologia de Monitoramento de Temperatura Online para Equipamentos Elétricos

A tecnologia de monitoramento de temperatura online geralmente integra sistemas avançados de sensores, redes de comunicação, processamento de computador e informações, sistemas de análise de especialistas e repositórios de dados. Com o contínuo progresso tecnológico, este campo está evoluindo em direção à automação, inteligência e praticidade.

2.1 Aplicação da Tecnologia Internet das Coisas (IoT)

A IoT é considerada a próxima onda de tecnologia da informação após os computadores e a internet, e foi reconhecida como uma indústria estratégica emergente nacional na China, explicitamente integrada ao desenvolvimento de redes inteligentes. A IoT conecta objetos físicos à internet via sensores como RFID, GPS e scanners a laser, permitindo identificação, rastreamento, monitoramento e gerenciamento inteligente através da troca de informações.

Uma arquitetura de IoT para monitoramento de temperatura de equipamentos elétricos consiste em três camadas: percepção, rede e aplicação.

• Camada de Percepção: Coleta dados de temperatura em tempo real usando sensores (por exemplo, de contato ou infravermelho) instalados diretamente no equipamento. Tecnologias sem fio de curto alcance, como Zigbee, 2.4G ou 433M, são usadas para transmissão de sinais, garantindo isolamento de alta tensão.

• Camada de Rede: Transmite dados entre as camadas de percepção e aplicação. Utiliza redes de comunicação de energia seguras, confiáveis e em tempo real, principalmente fibras ópticas, complementadas por sistemas de portadora de linha de energia e microondas digitais.

• Camada de Aplicação: Processa, analisa e visualiza dados de temperatura em vários dispositivos, oferecendo serviços como alertas de anomalias, análise de tendências, diagnóstico online e compartilhamento de dados através de plataformas inteligentes.

A IoT permite uma consciência abrangente e em tempo real, conectividade confiável e análise de dados inteligente, formando a base para sistemas robustos e escaláveis de monitoramento de temperatura.

2.2 Tecnologia de Sensores Passivos – Substituindo a Energia de Bateria

A maioria dos sensores de temperatura sem fio depende de baterias, que enfrentam desafios em ambientes de alta tensão, alta corrente e ruído eletromagnético. As baterias têm vida útil limitada, exigem substituição frequente e apresentam risco de explosão em condições de alta temperatura, limitando a confiabilidade e a segurança do sistema.

Para superar essas limitações, tecnologias de sensores passivos, incluindo captação de energia a partir de campos elétricos/magnéticos, potência RF, gradientes térmicos e ondas acústicas de superfície, estão surgindo como a direção futura. Os sensores passivos oferecem vantagens claras:

• Operação livre de manutenção durante o ciclo de vida do equipamento, melhorando a confiabilidade do sistema

• Sem bateria, não há risco de explosão e monitoramento contínuo de alta temperatura para detecção precoce de falhas;

• A redução do uso de baterias diminui o impacto ambiental, adicionando valor social.

2.3 Monitoramento Integrado de Temperatura Ponto-Linha-Superfície

Esta abordagem combina diferentes estratégias de monitoramento com base no tipo e na criticidade do equipamento para cobertura ideal.

• Monitoramento Ponto: Visa pontos quentes localizados, como contatos de disjuntores, barras de distribuição e junções de cabos, onde a inspeção externa é difícil. Os sensores são instalados diretamente nesses pontos para monitoramento em tempo real.

• Monitoramento Linha: Foca em cabos de alta tensão em túneis, valas ou bandejas. O superaquecimento pode causar incêndios e interrupções generalizadas. A sensibilidade distribuída por fibra óptica (DTS) é amplamente utilizada, oferecendo isolamento, resistência à corrosão, tolerância a altas temperaturas e imunidade a interferência eletromagnética. A DTS permite perfis de temperatura contínuos e precisos ao longo de toda a extensão do cabo, com localização precisa de falhas para resposta rápida.

Aplicativos Móveis – Monitoramento em Tempo Real em Qualquer Lugar e a Qualquer Hora

Com o aumento da largura de banda das redes móveis e o uso de smartphones e tablets poderosos, especialmente na era 4G, os aplicativos móveis se tornaram ferramentas essenciais nas operações empresariais. Sua mobilidade, conveniência, pontualidade e personalização são amplamente adotadas na gestão de utilidades.

Integrar dados de monitoramento de equipamentos em aplicativos móveis via internet e redes celulares traz benefícios-chave:

• Quebra as limitações dos sistemas intranet tradicionais, permitindo acesso em tempo real ao status do equipamento em qualquer lugar e a qualquer hora;

• Melhora a eficiência das inspeções com recursos como registro digital, captura de fotos, geotagging e varredura de código QR, transformando as inspeções de patrulha em um processo móvel, digital e inteligente.

• Durante emergências, o pessoal pode localizar rapidamente as falhas, visualizar dados em tempo real e históricos e responder mais rápido, minimizando a duração e o alcance das interrupções.

Os aplicativos móveis eliminam barreiras espaciais e temporais, melhoram a eficiência operacional, reforçam a segurança do equipamento e apoiam o crescimento sustentável das utilidades.

3. Conclusão

A tecnologia de monitoramento de condição online, especialmente o monitoramento de temperatura, é um componente central das futuras redes inteligentes, ajudando as utilidades a melhorar a segurança do equipamento e o desempenho econômico. À medida que a tecnologia avança, o monitoramento de temperatura evoluirá em direção a soluções abrangentes, inteligentes e práticas. A integração com IoT, aplicativos móveis e outras tecnologias emergentes definirá a trajetória futura deste campo.