Embed Size (px)
Citation preview
00:00 1
DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA ÓPTICA DE MEDIÇÃO DE TEMPERATURA DENTRO DE
GERADORES DE POTÊNCIA
Apresentação: Norberto Bramatti, Eletronorte
00:00
Informações Gerais
Título: Desenvolvimento de Tecnologia Óptica de Medição de Temperatura Dentro de Geradores de Potência
Proponente: Eletronorte
Executor: LIF – COPPE/UFRJ
P&D Ciclo - ANEEL: 2003 - 2004
Tempo Previsto: 18 meses
Início: 11 / 2005
Custo: R$ 497.250,00
Coordenador: Prof. Marcelo M. Werneck, LIF/COPPE
Regina Célia S. B. Allil, LIF/COPPECesar C. Carvalho, LIF/COPPE
Carmem L. Barbosa, LIF/COPPEJorge Dias de Lima, Eletronorte
Equipe técnica da UHE Samuel, Eletronorte
Gerente: Norberto Bramatti, Eletronorte
00:00
Objetivos
• Desenvolver sensores ópticos baseados na tecnologia de rede de Bragg (FBG-Fiber Bragg Grating)
• Medida de temperatura dentro de geradores de potência em usinas hidrelétricas.
00:00
Requisitos
• Diminuição da grande quantidade de cabeamento existente em medidas com Resistance Temperature Detectors (RTDs).
• Capacidade de multiplexação de dezenas de sensores numa única fibra;
• Medidas em tempo real de temperatura dentro de equipamentos de potência.
• Isolamento elétrico;
• Sensoriamento remoto;
• Acesso em ambientes exíguos;
• Inertes quimicamente e imunes a corrosão;
• Faixa de temperatura elevada para diversas aplicações;
00:00
• É um sensor intrínsico obtido com a gravação a laser no núcleo da F. O. A FBG mais simples de ser fabricada é através da técnica da máscara de fase
(Kashyap e colaboradores, 1993, Othonos e Kalli, 1999).
• Resulta na modulação periódica no índice de refração do núcleo da fibra.
• Provoca a reflexão seletiva de uma determinada faixa estreita de luz, do sinal incidente. Essa reflexão chamamos de comprimento de onda de Bragg, da rede.
FBG - Fiber Bragg Grating
00:00
Fabricação com Máscara de Fase
00:00
TB
B
)(
drift térmico teórico = 14,2 pm/°C
Mecanismo da Rede de Bragg
00:00
-55.0
-50.0
-45.0
-40.0
-35.0
-30.0
1554 1555 1556 1557 1558 1559 1560 1561 1562
Comprimento de Onda [nm]
dB
m
40.0oC
51.2oC
61.1oC
70.8oC
80.9oC
90.7oC
95.0oC
Temperature x Wavelength
y = 91.139x - 141975
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1558.2 1558.3 1558.4 1558.5 1558.6 1558.7 1558.8 1558.9
Wavelength [nm]
Tem
pera
ture
[o
C]
Measured
Linear (Measured)
Temperature x Wavelength
y = 91.139x - 141975
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1558.2 1558.3 1558.4 1558.5 1558.6 1558.7 1558.8 1558.9
Wavelength [nm]
Tem
pera
ture
[o
C]
Measured
Linear (Measured)
Resposta Linear
00:00
Variação Linear das FBG em Série
FBGs: 1536,01 nm - 1547,35 nm - 1557,07 nm
-50,0
-49,0
-48,0
-47,0
-46,0
-45,0
-44,0
-43,0
-42,0
-41,0
-40,0
1535 1536 1537 1538 1539 1540 1541 1542 1543 1544 1545 1546 1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553 1554 1555 1556 1557 1558 1559 1560
Comprimento de Onda (nm)
Potê
ncia
Ópt
ica
(dBm
) .
T=5,0°C
T=15,0°C
T=25,0°C
T=35,0°C
T=45,0°C
T=55,0°C
T=65,0°C
T=75,0°C
T=85,0°C
T=95,0°C
00:00
Setup óptico da caracterização espectral das FBGs adquiridas
00:00
Sensores Ópticos submetidos à variação térmica na faixa de 25 °C a 95 °C.
00:00
Otimização do Ensaio: Sensores Ópticos submetidos à variação térmica na faixa de 25 °C a 95 °C utilizando-se
interrogador ótico e microcomputador.
00:00
Encapsulamento dos Sensores.
00:00
Sistema de Medição Desenvolvido
O sistema é composto de quatro sensores de FBG, uma CPU e um interrogador óptico.
00:00
Interrogador óptico SpectralEye 400/FOS&S
• Spectral Eye-400 (FOS&S)
00:00
Sistema de Medição
00:00
Janela “Wavelengths” apresenta a potência óptica e o comprimento de onda de cada sensor.
Janela “Spectrum” apresenta o pico de identificação do sensor.
Software
00:00
Janela “Temperature” é responsável pela aquisição de dados
Janela “Configuration” altera os valores de referência dos picos.
Software
00:00
Testes em Campo
00:00
Sistema instalado no QLC da Máquina 3
00:00
Temperatura da UGH 5 - 18/08/2010
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
Hora
Tem
pera
tura
(o C)
Radiador 2 (FBG 1)
Radiador 1 (FBG 3)
Radiador 6 (FBG 4)
Radiador 4 (FBG 6)
Partida de Máquina e Evolução das Medidas
00:00
Comparação da temperatura entre FBGs e Termopares.
00:00
Capacitação
COPPE/UFRJ
SENSORES A FIBRA ÓPTICA COM TECNOLOGIA FBG PARA MEDIDA DE TEMPERATURA E ALTA TENSÃO
Regina Célia da Silva Barros Allil
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, comoparte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Engenharia Elétrica.
Orientador: Marcelo Martins WerneckRio de Janeiro
Setembro de 2010
00:00
Conclusões e Melhorias
Desenvolvimento de sensores diferenciados com diferentes encapsulamentos, dependendo do acesso e do local de instalação. Exemplos: imersão (água ou óleo), contacto (metal) ou ambiente (ar). No caso da temperatura dos enrolamentos e do ferro do estator, o sensor precisará ser pequeno o suficiente para ser inserido nos slots do enrolamento do estator.
• Substituição do microcomputador industrial por um sistema mais simples. Ex: sistema com microcontrolador.
• SensoresFaixa de medida: 0 a 180°C; Exatidão: 1°C; auto-calibrados; até 80 pontos por equipamento de interrogação; Dimensões do elemento sensor: Aprox. 30 mm (comp) x 3 mm (diâmetro); Frequência de varredura dos sensores: 1 kHz.
• SoftwareComunicação com sistema supervisivo; protocolos de comunicação industrial; acesso remoto por browser; histórico, alarmes, etc.
