Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39319| Título: | Analysis of insulating oil in power transformers using LMR sensors |
| Título(s) alternativo(s): | Análise de óleo isolante de transformador de potência utilizando sensor LMR |
| Autor(es): | Assis, Mara Regina Alves de |
| Orientador(es): | Dreyer, Uilian José |
| Palavras-chave: | Isoladores e isolamentos elétricos - Óleos Transformadores elétricos Detectores Filmes finos Electric insulators and insulation - Oils Electric transformers Detectors Thin films |
| Data do documento: | 24-Nov-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ASSIS, Mara Regina Alves de. Analysis of insulating oil in power transformers using LMR sensors. 2026. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
| Resumo: | Os transformadores de potência isolados a óleo constituem elementos essenciais dos sistemas de energia elétrica. O sistema de isolamento destes equipamentos é formado pela combinação do óleo isolante e do papel kraft, que, além de garantir a rigidez dielétrica, contribui para a capacitância entre os enrolamentos. A fim de preservar a qualidade desse óleo, tornase indispensável a realização periódica de análises físico-químicas. A ocorrência de falhas nesses transformadores pode acarretar derramamentos de óleo e incêndios, resultando em danos significativos aos sistemas interconectados. Nesse contexto, sensores de fibra óptica despontam como uma alternativa promissora, dada sua elevada sensibilidade, seletividade e curto tempo de resposta. Este trabalho investiga a aplicação de sensores ópticos baseados em ressonância de modo com perdas (Lossy Mode Resonance – LMR), fabricados a partir de fibras ópticas com a casca removida e recobertas por filmes finos de óxido metálico — especificamente óxido de zinco (ZnO) — como ferramenta para detecção e monitoramento da qualidade do óleo isolante em transformadores de potência. O princípio de funcionamento do sensor LMR associa a variação do comprimento de onda ( 𝜆) e o do índice de refração ( 𝑛) a parâmetros relacionados ao nível de degradação do óleo isolante. O arranjo experimental foi constituído por uma fonte de luz branca modelo AQ4305 (Yokogawa) e por um espectrômetro Ocean Optics QE65000, possibilitando a calibração do sensor com sensibilidade da ordem de 345,78 nm/RIU. Para a realização das análises, foram utilizadas quatro amostras de óleo submetidas a ciclos térmicos variando entre 25 °C e 60 °C. Os resultados obtidos evidenciaram deslocamentos espectrais na região correspondente à faixa espectral da cor azul. Observou-se, contudo, que o comportamento espectral diferiu entre as amostras quando expostas às variações de temperatura: as amostras novas ou pouco degradadas apresentaram maior sensibilidade óptica, manifestando deslocamentos mais pronunciados, enquanto as amostras mais degradadas exibiram variações espectrais reduzidas. Esse comportamento foi atribuído às propriedades físico-químicas dos óleos , tais como índice de refração, densidade, rigidez dielétrica e presença de água e gases. Tais propriedades apresentaram correlação direta com os resultados das análises laboratoriais. Os achados demonstraram a eficácia da técnica LMR na detecção de alterações físico-químicas em óleos isolantes, destacando seu potencial para o monitoramento em tempo real do processo de envelhecimento desses materiais. Tal monitoramento é de relevância fundamental para assegurar a integridade e a confiabilidade operacional dos transformadores de potência. |
| Abstract: | Oil-insulated power transformers are essential components of electrical power systems. The insulation system of this equipment consists of a combination of insulating oil and kraft paper, which, in addition to ensuring dielectric strength, contributes to the capacitance between the windings. To preserve the quality of this oil, it is essential to perform periodic physicalchemical analyses. Failures in these transformers can lead to oil spills and fires, resulting in significant damage to interconnected systems. In this context, fiber optic sensors are emerging as a promising alternative, given their high sensitivity, selectivity, and short response time. This work investigates the application of optical sensors based on lossy mode resonance (LMR), manufactured from optical fibers with the cladding removed and covered with thin films of metal oxide — specifically zinc oxide (ZnO)—as a tool for detecting and monitoring the quality of insulating oil in power transformers. The operating principle of the LMR sensor associates the variation in wavelength (𝜆) and refractive index (𝑛) with parameters related to the level of degradation of the insulating oil. The experimental setup consisted of an AQ4305 white light source (Yokogawa) and an Ocean Optics QE65000 spectrometer, enabling sensor calibration with a sensitivity of approximately 345.78 nm/RIU. Four oil samples submitted to thermal cycles ranging from 25 °C to 60 °C were used to perform the analyses. The results obtained showed spectral shifts in the region corresponding to the blue spectral range. However, it was observed that the spectral behavior differed between samples when exposed to temperature variations: new or slightly degraded samples showed greater optical sensitivity, manifesting more pronounced shifts, while the more degraded samples exhibited reduced spectral variations.This behavior was attributed to the physical and chemical properties of the oils, such as refractive index, density, dielectric strength, and the presence of water and gases. These properties were directly correlated with the results of laboratory analyses. The findings demonstrated the effectiveness of the LMR technique in detecting physical-chemical changes in insulating oils, highlighting its potential for real-time monitoring of the aging process of these materials. Such monitoring is of fundamental importance to ensure the integrity and operational reliability of power transformers. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39319 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| analysisinsulatingoilpower.pdf | 5,66 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons
