BR102012030753A2 - Aparato e sistema de monitoração de chaves seccionadoras - Google Patents
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Abstract
APARATO E SISTEMA DE MONITORAÇÃO DE CHAVES SECCIONADORAS. Refere-se a presente invenção a um aparato (17) e sistema (100) para monitoração remota de chaves seccionadoras (1) baseado no uso de técnicas de óptica de espaço livre, alimentação remota e transmissão do sinal por fibra óptica, radiofrequência e/ou uso de câmara de vídeo para controle da posição do braço (7) e da qualidade do contato elétrico (9) de chaves seccionadoras (1) em redes elétricas.
Description
Relatório Descritivo do Pedido de Patente de Invenção do Aparato e Sistema de monitoração de chaves seccionadoras.
Campo de aplicação:
Refere-se a presente invenção a um aparato e sistema de monitoração de chaves seccionadoras baseado no uso de técnicas de óptica de espaço livre, alimentação e transmissão do sinal por fibra óptica e uso de câmera de vídeo, para controle da posição e do grau qualidade do contato elétrico de chaves seccionadoras em redes elétricas.
Descrição do Estado da Técnica:
Um dos grandes desafios do sistema de transmissão e distribuição de
energia elétrica é garantir o correto funcionamento dos dispositivos para a utilização otimizada da infraestrutura dedicada à transmissão e distribuição, bem como aqueles responsáveis pela segurança do serviço de transmissão e fornecimento de energia, e de seus operadores. Entre estes dispositivos 15 encontram-se as chaves seccionadoras, responsáveis por isolar partes da planta elétrica principalmente em casos de manutenção.
Conforme Figura 1, uma chave seccionadora (1) do tipo vertical é constituída das seguintes partes: estrutura mecânica horizontal de suporte da chave (2a), estrutura mecânica vertical de suporte da chave (2b), isoladores de 20 suporte (3), sistema de fixação do braço (5), braço móvel de conexão (7), contato elétrico (9), condutores na alta tensão (11), unidade de acionamento do braço da chave (13) e alavanca de acionamento do braço da chave (15).
Uma vez acionadas as chaves seccionadoras (1), é necessário e desejável que os operadores tomem conhecimento sobre seu estado de funcionamentos, isto é, se a chave seccionadora (1) está aberta ou fechada. Essa informação é de suma importância para a segurança durante a operação das subestações e para a manutenção dos equipamentos.
Um eventual mau desempenho do sistema de acionamento (13) das chaves (1) e também dos contatos elétricos (9) das chaves seccionadoras (1) faz com que os técnicos operadores se desloquem até o pátio da subestação para verificarem visualmente o estado da chave (1) após cada manobra ou acionamento. Além das questões de segurança de trabalho, tal procedimento também implica em custos para as concessionárias. Portanto, é desejável a automatização desse tipo de procedimento de verificação.
Para que a operação da chave seccionadora (1) seja feita de maneira adequada, é necessário que seja empregado um sistema de monitoração imune às interferências eletromagnéticas de fundo, capaz de monitorar a posição do braço (7) da chave seccionadora (1) para diminuir o tempo de formação de arcos voltaicos e garantir o excursionamento correto do dito braço (7).
Entretanto, a determinação da posição do braço (7) da chave (1) não ío garante que o contato elétrico (9) entre os terminais tenha ocorrido de forma adequada e, assim sendo, pequenas descargas podem ocorrer caso o fechamento não tenha se completado. Esse problema é responsável pela deterioração do elemento condutor e conseqüente diminuição do tempo de vida útil da chave (1).
Outra informação importante sobre as chaves seccionadoras (1) se refere ao grau de deterioração dos contatos elétricos (9) por conta da própria utilização da chave (1), que pode ocasionar a perda da capacidade operativa do equipamento.
Diversos mecanismos de controle da condição de fechamento das chaves seccionadoras (1) foram publicados nos últimos anos propondo soluções para o dito problema de acesso às chaves (1) de forma segura. Os mecanismos propostos buscam, em sua maioria, soluções para controlar a abertura e fechamento das chaves (1).
No entanto, para que uma operação seja realizada com sucesso, é necessário garantir não apenas o correto acionamento das ditas chaves (1), mas 25 também garantir que o contato elétrico (9) tenha ocorrido de forma adequada no fechamento da chave (1). Embora haja diversas soluções propostas baseadas em sensores ópticos para avaliação, apenas algumas tratam de medir a qualidade e eficiência do contato elétrico (9) entre os terminais.
Já é de amplo conhecimento no estado da técnica que as fibras ópticas (principamente as constituídas de vidro) e os sensores feitos de fibra óptica possuem alto grau de imunidade a campos eletromagnéticos presentes em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Outra característica importante desses dispositivos é que são eletricamente passivos.
Os documentos de patente CA2589410 e US2008/0285194 QsHigh voltage disconnecting switch control") propõem uma solução de controle de 5 acionamento de chave seccionadora com um ou mais braços, utilizando um sensor óptico para determinar a posição do braço da chave, e um módulo de controle do motor de atuação. Os principais objetivos desta solução são: reduzir tempo de arco voltaico durante o ligamento e desligamento da chave usando a informação do sensor óptico de posição; e informar a posição da chave para eventuais 10 correções. Embora o aparato de controle tenha um bom desempenho, trata-se de uma solução dispendiosa, que necessita da instalação do motor de acionamento e do sensor. Convém ressaltar que tal solução não monitora a qualidade do fechamento da chave bem como do contato elétrico, de modo que o principal requisito de monitoração de chaves não é atendido. Além disso, como o sensor 15 óptico de posição deve estar ligado ao eixo de abertura (6) da chave (1), Figura 1, a instalação deste tipo de sensor requer a desativação total da chave (1), desmonte do braço (7) e a adaptação do dito sensor na estrutura mecânica da chave (1) em procedimento dispendioso e complexo, que inclusive modifica o mecanismo da dita chave seccionadora (1).
No documento de patente PI06055402-0 ("Método e aparato para o
monitoramento situacional de chaves seccionadoras") propõe-se uma melhoria ao monitoramento das manobras da chave seccionadora que seja feito por meio de um sistema mecânico-visual responsável por informar ao operador as manobras de ligamento e desligamento das chaves. Para tal, como elementos de segurança 25 são utilizados gases inertes, cuja coloração é alterada pela compressão da mola presente na chave, indicando ao operador se a manobra poderá ser realizada ou não. A melhoria proposta nesse documento consiste em fazer a medição das variações cromáticas ocorridas no gás de segurança por meio de uma fibra óptica e um transdutor óptico, ao invés de se utilizar a observação de um operador. 30 Apesar de se ter a vantagem de as medições serem feitas utilizando fibra óptica e, portanto, isentas dos possíveis danos provocados pela radiação eletromagnética de fundo, essa técnica não permite verificar se a manobra de fechamento foi de fato realizada com sucesso, uma vez que não é possível quantificar a qualidade do contato entre a chave e seus elementos de fechamento.
Ainda no que se refere à monitoração da posição da chave, o artigo de Garcia et ai(Garcia, D. A. A.; Silva, Η. A. P.; Santos, J. C.; Bacega, W. R. "Sistema 5 de monitoramento de secionadores semipantográficos-345kV de subestação de transmissão com sensor óptico de posição absoluta dos contatos") propõe um sistema óptico de sensoriamento com objetivo de minimizar o tempo de confirmação do sucesso ou fracasso da manobra dos seccionadores.
A minimização deste tempo de confirmação da operação permite que o 10 tempo de manobra total seja reduzido e a normalização do fornecimento de energia elétrica ocorra de uma forma mais eficaz. No entanto, a solução apresentada pelos ditos autores não contempla o estado eletromecânico da chave seccionadora e, portanto, não permite avaliar se a manobra de fechamento foi realizada com sucesso.
Nas patentes US4,451,910 {"Uitrasonic position monitor for HV
disconnect Switchf) e 1184,806,925 ("Infrared signaiiing system for detecting a predetermined State of a high voitage device”) são propostos sistemas similares de avaliação da posição da chave seccionadora, baseados na recepção de sinais de ultrassom e sinais ópticos, respectivamente.
O primeiro sistema (US4,451,910) utiliza-se de duas fontes
posicionadas em pontos estratégicos da chave e que emitem a emissão de sinal ultrassônico na direção do receptor posicionado na base da chave. Ditas fontes necessitam de alimentação elétrica, caracterizando-as como elementos ativos, sujeitos a falhas e interrupções por falta de energia. A partir da informação 25 processada pelo receptor, é possível definir somente se a chave encontra-se aberta ou fechada. O segundo sistema (US4,806,925) utiliza um aparato similar, mas é baseado na reflexão de Iuz infravermelha (ao invés de ultrassom), também medida em dois pontos distintos. Ou seja, as duas soluções medem apenas a posição da chave e não a qualidade do acoplamento ou contato elétrico.
O documento de patente US2008/0105524 ÇApparatus for
monitoring the State of an etectricai switching device”) propõe um aparato para monitorar o estado de uma chave seccionadora baseado em um indicador de estado que é coberto ou encoberto em função da posição da chave. O aparato pode inclusive ser utilizado para medir simultaneamente a posição de diversas chaves. Apesar de apresentar um método para determinar se o fechamento da chave seccionadora foi realizado, não é possível medir com precisão a qualidade 5 do fechamento da chave, uma vez que o indicador fica totalmente encoberto pela própria chave. O mesmo ocorre com a solução proposta em CA2229684 ("Device for identifying the switched position in eiectricai switch gear"), na qual é proposto um dispositivo de identificação da posição da chave seccionadora no momento da abertura utilizando um aparato óptico.
O artigo de Silva et ai (R. Silva; A. C. Bordonalli; P. R. Fernandes; e E.
Moschim; "Sensoriamento de Fechamento de Chaves Seccionadoras Utilizando Sensores Ópticos" ANEEL, 2007) propõe um sistema de controle baseado na medição da temperatura e da posição do elemento de contato da chave seccionadora, alocando-se os elementos sensores dentro do contato fixo da chave. 15 Tal como proposto, o sistema permite monitorar o contato elétrico por meio de um sensor óptico, porém não permite monitorar a posição da chave seccionadora ao longo de seu curso.
Objetivos da Invenção:
Em vista do acima exposto, é objetivo da presente invenção prover um aparato e um sistema para:
- Monitorar visual e remotamente o estado de uma chave seccionadora (ligada ou desligada), sem que seja necessário prover alimentação elétrica no ponto de monitoramento;
- Monitorar visual, quantitativa e remotamente a qualidade dos contatos elétricos dos terminais de uma chave seccionadora quando esta se encontra
fechada, sem que seja necessário prover alimentação elétrica no ponto de monitoramento e sem que haja necessidade de realizar qualquer modificação do mecanismo da chave seccionadora;
- Monitorar quantitativa e remotamente a intensidade da corrente de arco voltaico de fechamento ou desligamento entre os terminais de uma chave
seccionadora, sem que seja necessário prover alimentação elétrica no ponto de monitoramento e sem que haja necessidade de realizar qualquer modificação do mecanismo da chave seccionadora;
- Prover a isolação elétrica adequada entre o sistema de monitoração e os pontos de alta tensão da chave seccionadora;
- Prover a transmissão das informações da chave seccionadora e sobre
a qualidade de seus contatos elétricos para uma unidade remota, sem que haja interferência eletromagnética no sinal transmitido.
Descrição Simplificada da Invenção:
Os objetivos propostos nesta invenção são alcançados por meio do Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, que compreende:
- meios para receber uma potência óptica (21) através de uma fibra
óptica;
- meios para converter a potência óptica em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos dos componentes internos do aparato (17);
- meios para sensoriar, através de um ou mais sensores em conjunto, o posicionamento do braço (7) da chave seccionadora, a qualidade do contato elétrico (9) da chave seccionadora e a corrente de arco voltaico entre os contatos elétricos (9) da chave seccionadora;
- meios para receber, processar e modular os sinais de sensoriamento
provenientes dos sensores;
- meios para converter os sinais elétricos de sensoriamento em sinais ópticos (47) contendo os dados sensoriados;
- meios para transmitir sinais ópticos (47) através de uma fibra óptica.
Os objetivos propostos nesta invenção também são alcançados através
do Sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100), aplicado a um ambiente de subestação de energia elétrica, que compreende:
- uma pluralidade de chaves seccionadoras (1);
- uma pluralidade de aparatos de monitoração de chaves seccionadoras (17), posicionados juntos às ditas chaves seccionadoras (1) que devem ser
monitoradas; - meios para transmitir um sinal óptico de alimentação e comando para cada um dos aparatos (17);
- meios para receber e multiplexar um conjunto de sinais ópticos com dados sensoriados provenientes de cada um dos aparatos (17) em um único sinal
óptico, contendo os dados sensoriados de toda a pluralidade de aparatos (17);
- meios para transmitir o sinal óptico contendo os dados sensoriados de toda a pluralidade de aparatos (17) para uma central de monitoração (62).
As empresas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica que fizerem uso do referido aparato e sistema de monitoração de chaves ío seccionadoras, podem monitorar contínua, segura e confiavelmente as chaves seccionadoras de sua rede elétrica.
Descrição das Figuras:
A invenção será mais bem compreendida a partir da descrição detalhada e das figuras que a ela se referem, das quais:
A Figura 1 mostra uma concepção típica da chave seccionadora
vertical, conhecida no estado da técnica.
A Figura 2 apresenta de modo genérico o aparato de monitoração de chaves seccionadoras, objeto da presente invenção, e seu posicionamento em relação à chave seccionadora.
A Figura 3 mostra uma primeira concepção do aparato de monitoração
de chaves seccionadoras, usando um conjunto de fotodetectores para detectar a reflexão da Iuz no braço da chave, com alimentação remota.
A Figura 4 mostra uma segunda concepção aparato de monitoração de chaves seccionadoras, usando uma câmera de vídeo, com alimentação remota.
A Figura 5 mostra uma terceira concepção do aparato de monitoração
de chaves seccionadoras, usando simultaneamente um conjunto de fotodetectores para detectar a reflexão da Iuz no braço da chave e uma câmera de vídeo, com alimentação remota.
A Figura 6 mostra uma quarta concepção do aparato de monitoração de chaves seccionadoras, usando um detector de radiofreqüência emitida pela corrente do arco voltaico de fechamento ou desligamento entre os contatos elétricos da chave, com alimentação remota.
A Figura 7 mostra uma quinta concepção do aparato de monitoração de chaves seccionadoras, usando simultaneamente um detector para detectar a 5 radiofreqüência emitida pela corrente do arco voltaico de fechamento ou desligamento entre os contatos elétricos da chave e um conjunto de fotodetectores para detectar a reflexão da Iuz no braço da chave, com alimentação remota.
A Figura 8 mostra uma sexta concepção do aparato de monitoração de ío chaves seccionadoras, usando simultaneamente um detector para detectar a radiofreqüência emitida pelo arco voltaico de fechamento ou desligamento entre os contatos elétricos da chave, um conjunto de fotodetectores para detectar a reflexão da Iuz no braço da chave, e uma câmera de vídeo, com alimentação remota.
A Figura 9 mostra uma primeira concepção de um sistema de
monitoração de chaves seccionadoras que faz uso do dito aparato de monitoração de chaves seccionadoras.
A Figura 10 mostra uma segunda concepção de um sistema de monitoração de chaves seccionadoras que faz uso do dito aparato de monitoração de chaves seccionadoras.
Descrição Detalhada da Invenção:
Conforme Figura 2, o aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17) é fixado na estrutura mecânica horizontal (2a) da chave seccionadora a ser monitorada. De modo genérico, o dito aparato (17) 25 compreende: meios para receber uma potência óptica (21) através de uma fibra óptica; meios para converter a potência óptica em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos dos componentes internos do aparato (17); meios para sensoriar, através de um ou mais sensores em conjunto, o posicionamento do braço (7) da chave seccionadora, a qualidade do contato 30 elétrico (9) da chave seccionadora e a corrente de arco voltaico entre os contatos elétricos (9) da chave seccionadora; meios para receber, processar e modular os sinais de sensoriamento provenientes dos sensores; meios para converter os sinais elétricos de sensoriamento em sinais ópticos (47) contendo os dados sensoriados; e meios para transmitir sinais ópticos (47) através de uma fibra óptica.
A seguir são descritas algumas formas preferenciais de realização e de
utilização do aparato (17), objeto da presente invenção.
Conforme Figura 3, em uma primeira forma de realização, o aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17A), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, é constituído de um conector ío óptico (19a) que recebe uma potência óptica de alimentação (21) através de uma fibra óptica (23). Após ser recebida pelo conector óptico (19a), a potência óptica de alimentação (21) é direcionada para a entrada de um splitter (divisor de feixe ou divisor de potência) óptico (25) constituído de uma fibra óptica de entrada e duas fibras ópticas de saída. Uma das fibras ópticas de saída do splitter óptico (25) 15 é conectada a um conversor fotovoltaico (27).
A potência óptica conectada no conversor fotovoltaico (27) é convertida em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos da fonte (39), do receptor (41), do transmissor (43), do processador (37) e do laser ou LED (45) do aparato (17A).
A outra saída do splitter (25) é conectada a um colimador óptico (29),
fixado na parte superior do aparato (17A). A potência óptica inserida no colimador óptico (29) é transmitida (31a) pelo ar até um espelho óptico (33) fixado na parte inferior do braço (7) da chave seccionadora. O dito espelho óptico (33) reflete (31b) o sinal de volta ao aparato (17A), onde é detectado por meio de uma matriz 25 de fotodiodos ou foto transistores (35). O sinal elétrico proveniente da matriz de fotodiodos (35) é levado a um processador (37).
0 processador (37) é capaz de determinar, a partir do elemento sensor iluminado na matriz de fotodiodos (35), se o braço (7) da chave seccionadora está adequadamente encaixado no contato elétrico (9), isto é, se a chave está completamente fechada ou em uma condição próxima de contato totalmente fechado, ou de uma posição de contato aberto. O sinal processado pelo circuito eletrônico processador (37) é levado a um circuito eletrônico transmissor (43) e deste para um laser semicondutor ou LED (45) que converte o sinal elétrico em um sinal óptico (47), que é levado por uma fibra óptica (49) até um conector óptico (19b) de saída do aparato (17A) e transmitido externamente através de uma fibra óptica (51).
Conforme Figura 4, em uma segunda forma de realização, o aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17B), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, é constituído de um conector óptico (19a) que recebe uma potência óptica de alimentação (21) através de uma ío fibra óptica (23). Após ser recebida pelo conector óptico (19a), a potência óptica de alimentação (21) é conectada a um conversor fotovoltaico (27) e convertida em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos da fonte (39), do receptor (41), do transmissor (43), do processador (37), da câmera de vídeo (53) e do laser ou LED (45) do aparato (17B).
A dita câmera de vídeo (53) é fixada na parte superior do aparato
(17B), tendo seu foco de captura (55) voltado para a extremidade de contato de fechamento (9) do braço (7) da chave seccionadora. O sinal proveniente da imagem obtida pela câmera de vídeo (53) é enviado ao processador (37).
O processador (37) determina se o sinal de vídeo da câmera de vídeo (53) deverá ser transmitido ou não a partir de uma solicitação feita através do sinal (21) pelo operador do sistema.
O sinal de vídeo é então levado a um circuito eletrônico transmissor (43) e deste para um laser semicondutor ou LED (45), que converte o sinal elétrico em um sinal óptico (47), que é levado por uma fibra óptica (49) até um conector óptico (19b) de saída do aparato (17B) e transmitido externamente através de uma fibra óptica (51).
Conforme Figura 5, em uma terceira forma de realização, o aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17C), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, é constituído de um conector 30 óptico (19a) que recebe uma potência óptica de alimentação (21) através de uma fibra óptica (23). Após ser recebida pelo conector óptico (19a), a potência óptica de alimentação (21) é direcionada para uma entrada de um splitter (25) constituído de uma fibra óptica de entrada e duas fibras ópticas de saída. Uma das fibras ópticas de saída do splitter (25) é conectada a um conversor fotovoltaico (27).
A potência óptica conectada no conversor fotovoltaico (27) é convertida em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos da fonte (39), do receptor (41), do transmissor (43), do processador (37), da câmera de vídeo (53) e do laser ou LED (45) do aparato (17C).
A outra saída do splitter (25) é conectada a um colimador óptico (29), fixado na parte superior do aparato (17C). A potência óptica inserida no colimador óptico (29) é transmitida (31a) pelo ar até o espelho óptico (33) fixado na parte inferior do braço (7) da chave seccionadora. O dito espelho óptico (33) reflete (31b) o sinal de volta ao aparato (17C) onde é detectado por meio de uma matriz de fotodiodos ou foto transistores (35). O sinal elétrico proveniente da matriz de fotodiodos (35) é levado a um processador (37).
A dita câmera de vídeo (53) também é fixada na parte superior do aparato (17C), tendo seu foco de captura (55) voltado para a extremidade de contato de fechamento (9) do braço (7) da chave seccionadora. O sinal proveniente da imagem obtida pela câmera de vídeo (53) também é enviado ao processador (37).
O processador (37) é capaz de determinar, a partir do elemento sensor iluminado na matriz de fotodiodos (35), se o braço (7) da chave seccionadora está adequadamente encaixado no contato elétrico (9), isto é, se a chave está completamente fechada ou em uma condição próxima de contato totalmente fechado, ou de uma posição de contato aberto.
O processador (37) determina se o sinal de vídeo da câmera de vídeo (53) deverá ser transmitido ou não a partir de uma solicitação feita através do sinal (21) pelo operador do sistema.
O sinal processado pelo circuito eletrônico processador (37) ou o sinal de vídeo são levados a um circuito eletrônico transmissor (43) e deste para um laser semicondutor ou LED (45), que converte o sinal elétrico em um sinal óptico (47), que é levado por uma fibra óptica (49) até um conector óptico (19b) de saída do aparato (17C) e transmitido externamente através de uma fibra óptica (51).
Conforme Figura 6, em uma quarta forma de realização, o aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17D), fixado na estrutura de suporte 5 horizontal (2a) da chave seccionadora, é constituído de um conector óptico (19a) que recebe uma potência óptica de alimentação (21) através de uma fibra óptica (23). Após ser recebida pelo conector óptico (19a), a potência óptica de alimentação (21) é conectada a um conversor fotovoltaico (27) e convertida pelo em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos da fonte (39), ío do receptor (41), do transmissor (43), do processador (37), de um sensor de radiofreqüência (40) e do laser ou LED (45) do aparato (17D).
O dito sensor de radiofreqüência (40) é fixado na parte superior do aparato (17D), sendo devidamente protegido e tendo seu ângulo de medição voltado para a extremidade de contato de fechamento (9) do braço (7) da chave seccionadora. O sinal (38) captado pelo sensor de radiofreqüência (40) é enviado ao processador (37).
O processador (37) é capaz de receber e processar os sinais (38) provenientes do sensor de radiofreqüência (40) emitida pelo arco voltaico de fechamento ou desligamento entre os contatos elétricos da chave (9) para determinar o nível de intensidade de corrente do dito arco voltaico.
O sinal processado pelo circuito eletrônico processador (37) é levado a um circuito eletrônico transmissor (43) e deste para um laser semicondutor ou LED (45) que converte o sinal elétrico em um sinal óptico (47), sinal este que é levado por uma fibra óptica (49) até um conector óptico (19b) de saída do aparato (17C) e transmitido externamente através de uma fibra óptica (51).
Conforme Figura 7, em uma quinta forma de realização, o aparato de Monitoração de Chaves Seccionadoras (17E), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, é constituído de um conector óptico (19a) que recebe uma potência óptica de alimentação (21) através de uma fibra óptica 30 (23). Após ser recebida pelo conector óptico (19a), a potência óptica de alimentação (21) é direcionada para uma entrada de um splitter {25) constituído de uma fibra óptica de entrada e duas fibras ópticas de saída. Uma das fibras ópticas de saída do splitter {25) é conectada a um conversor fotovoltaico (27).
A potência óptica conectada no conversor fotovoltaico (27) é convertida em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos da fonte (39), do receptor (41), do transmissor (43), do processador (37), do sensor de radiofreqüência (40) e do laser ou LED (45) do aparato (17E).
A outra saída do splitter (25) é conectada a um colimador óptico (29), fixado na parte superior do aparato (17E). A potência óptica inserida no colimador óptico (29) é transmitida (31a) pelo ar até o espelho óptico (33) fixado na parte ío inferior do braço (7) da chave seccionadora. O dito espelho óptico (33) reflete (31b) o sinal de volta ao aparato (17E) onde é detectado por meio de uma matriz de fotodiodos ou foto transistores (35). O sinal elétrico proveniente da matriz de fotodiodos (35) é levado a um processador (37).
O dito sensor de radiofreqüência (40) também é fixado na parte is superior do aparato (17E), sendo devidamente protegido e tendo seu ângulo de medição voltado para a extremidade de contato de fechamento (9) do braço (7) da chave seccionadora. O sinal (38) captado pelo sensor de radiofreqüência (40) é enviado ao processador (37).
O processador (37) é capaz de receber e processar os sinais (38) provenientes do sensor de radiofreqüência (40) e da matriz de fotodiodos (35) para determinar a corrente do arco voltaico de fechamento ou desligamento da chave e se o braço (7) da chave seccionadora está adequadamente encaixado no contato elétrico (9), isto é, se a chave está completamente fechada.
O sinal processado pelo circuito eletrônico processador (37) é levado a um circuito eletrônico transmissor (43) e deste para um laser semicondutor ou LED (45) que converte o sinal elétrico em um sinal óptico (47), sinal este que é levado por uma fibra óptica (49) até um conector óptico (19b) de saída do aparato (17E) e transmitido externamente através de uma fibra óptica (51).
Conforme Figura 8, em uma sexta forma de realização, o aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17F), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, é constituído de um conector óptico (19a) que recebe uma potência óptica de alimentação (21) através de uma fibra óptica (23). Após ser recebida pelo conector óptico (19a), a potência óptica de alimentação (21) é direcionada para uma entrada de um splitter (25) constituído de uma fibra óptica de entrada e duas fibras ópticas de saída. Uma das fibras ópticas de saída do splitter{25) é conectada a um conversor fotovoltaico (27).
A potência óptica conectada no conversor fotovoltaico (27) é convertida
em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos da fonte (39), do receptor (41), do transmissor (43), do processador (37), da câmera de vídeo (53), do sensor de radiofreqüência (40) e do laser ou LED (45) do aparato (17F).
A outra saída do splitter (25) é conectada a um colimador óptico (29), ío fixado na parte superior do aparato (17F). A potência óptica inserida no colimador óptico (29) é transmitida (31a) pelo ar até o espelho óptico (33) fixado na parte inferior do braço (7) da chave seccionadora. O dito espelho óptico (33) reflete (31b) o sinal de volta ao aparato (17F) onde é detectado por meio de uma matriz de fotodiodos ou foto transistores (35). O sinal elétrico proveniente da matriz de 15 fotodiodos (35) é levado a um processador (37).
O dito sensor de radiofreqüência (40) também é fixado na parte superior do aparato (17F), sendo devidamente protegido e tendo seu ângulo de medição voltado para a extremidade de contato de fechamento (9) do braço (7) da chave seccionadora. O sinal proveniente (38) do sensor de radiofreqüência (40) é enviado ao processador (37).
A dita câmera de vídeo (53) também é fixada na parte superior do aparato (17F), tendo seu foco de captura (55) voltado para a extremidade de contato de fechamento (9) do braço (7) da chave seccionadora. O sinal proveniente da imagem obtida pela câmera de vídeo (53) também é enviado ao processador (37).
O processador (37) é capaz de receber e processar os sinais (38) provenientes do sensor de radiofreqüência (40), os sinais da matriz de fotodiodos (35) para determinar se o braço (7) da chave seccionadora está adequadamente encaixado no contato elétrico (9), isto é, se a chave está completamente fechada. O processador (37) determina se o sinal de vídeo da câmera de vídeo
(53) deverá ser transmitido ou não a partir de uma solicitação feita através do sinal (21) pelo operador do sistema. O sinal processado pelo circuito eletrônico processador (37) ou o sinal de vídeo são levados a um circuito eletrônico transmissor (43) e deste para um laser semicondutor ou LED (45) que converte o sinal elétrico em um sinal óptico (47), sinal este que é levado por uma fibra óptica (49) até um conector óptico 5 (19b) de saída do aparato (17F) e transmitido externamente através de uma fibra óptica (51).
As diversas formas de realização do aparato (17A a 17F) acima descritas podem ser utilizadas em um contexto amplo de sistema de monitoração de chaves seccionadoras.
ío De modo genérico, o sistema de monitoração de chaves
seccionadoras (100), objeto da presente invenção, é aplicado a um ambiente de subestação de energia elétrica e compreende: uma pluralidade de chaves seccionadoras (1); uma pluralidade de aparatos de monitoração de chaves seccionadoras (17), posicionados juntos às ditas chaves seccionadoras (1) que 15 devem ser monitoradas; meios para transmitir um sinal óptico de alimentação e comando para cada um dos aparatos (17); meios para receber e multiplexar um conjunto de sinais ópticos com dados sensoriados provenientes de cada um dos aparatos (17) em um único sinal óptico, contendo os dados sensoriados de toda a pluralidade de aparatos (17); e meios para transmitir o sinal óptico contendo os 20 dados sensoriados de toda a pluralidade de aparatos (17) para uma central de monitoração (62).
A seguir são descritas algumas formas preferenciais de realização e de utilização do sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100).
A Figura 9 ilustra uma primeira forma de utilização do sistema de 25 monitoração de chaves seccionadoras (100a), aplicado a um ambiente de subestação de energia elétrica. Neste caso, propõe-se a monitoração de diversas chaves seccionadoras (1) através do uso de uma pluralidade de aparatos de monitoração de chaves seccionadoras (17), também objeto da presente invenção. Os ditos aparatos (17) são posicionados nas chaves seccionadoras (1) que se 30 desejam monitorar. O acionamento dos aparatos (17) é feito por meio de um divisor de feixe de Iuz (57), que está conectado a um transmissor com fonte de Iuz (59) por meio de fibras ópticas (56). O dito divisor de feixe de Iuz (57) divide a potência óptica emitida pela fonte de Iuz (59) em porções iguais para cada um dos aparatos (17) colocados em pontos de interesse.
A informação obtida de cada chave seccionadora (1) a partir do aparato (17), que pode ser tanto informação de imagem quanto dos dados dos contatos 5 elétricos sensoriados ou da corrente de arco voltaico, é encaminhada a um segundo divisor (58) que condensa/multiplexa as informações a serem processadas por um receptor (63). Todas as informações de monitoramento das chaves seccionadoras (1) obtidas remotamente por meio dos aparatos (17) podem ser levadas até uma central de monitoração (62) por meio de roteador ou chave ío de sinais Ethernet (60) ligada a uma rede de dados (61). As unidades fonte (59) e receptor (63) são alocados na sala da subestação e o acesso aos aparatos (17) é feito totalmente via fibra óptica (56).
A Figura IO ilustra uma segunda forma de utilização do sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100b), aplicado a um ambiente de 15 subestação de energia elétrica. A diferença em relação ao caso anterior (100a) é que o transmissor (59) é constituído de diversas fontes de luz, tantas quantas forem a quantidade de aparatos (17). Cada fonte de Iuz do transmissor (59) emite, via fibra óptica (56), um sinal óptico para cada um dos aparatos (17) devidamente posicionados para monitorar as chaves seccionadoras (1). Assim, não 20 há necessidade de um divisor de feixe de Iuz (57) após o transmissor (59), como na solução sistêmica anterior (100a).
Além disso, o receptor (63) também possui diversas entradas, tantas quantas forem a quantidade de aparatos (17). Cada uma dessas entradas do receptor (63) recebe via fibra óptica (56) o sinal correspondente de cada um dos 25 aparatos (17) devidamente posicionados para monitorar as chaves seccionadoras (1). Assim, não há necessidade de um segundo divisor (58) antes do receptor (63), como na solução sistêmica anterior (100a).
Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com certas modalidades preferenciais de realização, deve ser entendido que não se pretende limitar a invenção àquelas modalidades particulares. Ao contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção.
Claims (15)
1. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), fixado na estrutura de suporte horizontal (2a) da chave seccionadora, caracterizado por compreender: - meios para receber uma potência óptica (21) através de uma fibra óptica; - meios para converter a potência óptica em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos dos componentes internos do aparato (17); - meios para sensoriar, através de um ou mais sensores em conjunto, o posicionamento do braço (7) da chave seccionadora, a qualidade do contato elétrico (9) da chave seccionadora e a corrente de arco voltaico de fechamento ou desligamento dos contatos elétricos (9) da chave seccionadora; - meios para receber, processar e modular os sinais de sensoriamento provenientes dos sensores; - meios para converter os sinais elétricos de sensoriamento em sinais ópticos (47) contendo os dados sensoriados; - meios para transmitir sinais ópticos (47) através de uma fibra óptica.
2. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por os ditos meios para receber uma potência óptica (21) ser um conector óptico (19a) de entrada.
3. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por os ditos meios para converter a potência óptica em tensão e corrente elétrica para alimentar os circuitos eletrônicos dos componentes internos do aparato (17) serem obtidos e realizados através de um conversor fotovoltaico (27).
4. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por os meios para receber, processar e modular os sinais de sensoriamento serem obtidos e realizados através de um processador (37) constituído de circuito eletrônico.
5. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por os ditos meios para converter os sinais elétricos de sensoriamento em sinais ópticos (47) serem obtidos e realizados através de um circuito eletrônico transmissor (43) e um laser (45).
6. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por os ditos meios para transmitir sinais ópticos (47) serem obtidos e realizados através de um conector óptico (19b) de saída.
7. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por um dos meios para sensoriar o posicionamento do braço (7) da chave seccionadora ser um colimador óptico (29) em conjunto com uma matriz de fotodiodos (35), fixados na parte superior do aparato (17), sendo que o dito colimador óptico (29) transmite (31a) um sinal óptico pelo ar até um espelho óptico (33) fixado na parte inferior do braço (7) da chave seccionadora, de tal modo que o dito espelho óptico (33) reflete (31b) o sinal de volta à matriz de fotodiodos (35), que detecta o sinal óptico refletido pelo espelho óptico (33) e encaminha para um processador (37).
8. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 7, caracterizado por conter, logo após o conector óptico (19a) de entrada, um splitter óptico (25) que recebe a potência óptica (21), divide-a e encaminha para o conversor fotovoltaico (27) e para o colimador óptico (29).
9. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por um dos meios para sensoriar a qualidade do contato elétrico (9) da chave seccionadora ser uma câmera (53), fixada na parte superior do aparato (17), tendo seu foco de captura (55) voltado para a extremidade de contato elétrico (9) de fechamento do braço (7) da chave seccionadora.
10. Aparato de monitoração de chaves seccionadoras (17), conforme reivindicação 1, caracterizado por um dos meios para sensoriar a corrente do arco voltaico de fechamento ou desligamento do contato elétrico (9) da chave seccionadora ser um sensor de radiofreqüência (40), fixado na parte superior do aparato (17), tendo seu ângulo de medição voltado para a extremidade de contato elétrico (9) de fechamento do braço (7) da chave seccionadora, cujo sinal de radiofreqüência (38) informa se o braço (7) está totalmente fechado.
11. Sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100), aplicado a um ambiente de subestação de energia elétrica, caracterizado por compreender: - uma pluralidade de chaves seccionadoras (1); - uma pluralidade de aparatos de monitoração de chaves seccionadoras (17), posicionados juntos às ditas chaves seccionadoras (1) que devem ser monitoradas; - meios para transmitir um sinal óptico de alimentação e comando para cada um dos aparatos (17); - meios para receber e multiplexar um conjunto de sinais ópticos com dados sensoriados provenientes de cada um dos aparatos (17) em um único sinal óptico, contendo os dados sensoriados de toda a pluralidade de aparatos (17); - meios para transmitir o sinal óptico contendo os dados sensoriados de toda a pluralidade de aparatos (17) para uma central de monitoração (62).
12. Sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100), conforme reivindicação 11, caracterizado por os ditos meios para transmitir um sinal óptico de entrada para cada um dos aparatos de monitoração de chaves seccionadoras (17) serem obtidos e realizados através de um transmissor (59) com uma única fonte de Iuz em conjunto com um divisor de feixe de Iuz (57), sendo que o dito divisor (57) divide a potência óptica emitida pelo transmissor (59) em porções iguais para cada um dos aparatos (17), transmitidas via fibra óptica (56).
13. Sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100), conforme reivindicação 11, caracterizado por os ditos meios para transmitir um sinal óptico de entrada para cada um dos aparatos de monitoração de chaves seccionadoras (17) serem obtidos e realizados através de um transmissor (59) com diversas fontes de luz, tantas quantas forem a quantidade de aparatos (17) do sistema, de tal modo que cada fonte de Iuz transmite via fibra óptica (56) um sinal óptico para cada aparato (17), sem a necessidade de um divisor de feixe de Iuz (57).
14. Sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100), conforme reivindicação 11, caracterizado por os ditos meios para receber e multiplexar um conjunto de sinais ópticos com dados sensoriados provenientes de cada um dos aparatos (17) em um único sinal óptico serem obtidos e realizados através de um divisor óptico (58), com entradas suficientes para receber os sinais de cada aparato (17) e com uma única saída, que emite o sinal óptico multiplexado para um receptor (63) com entrada única.
15. Sistema de monitoração de chaves seccionadoras (100), conforme reivindicação 11, caracterizado por os ditos meios para receber e multiplexar um conjunto de sinais ópticos com dados sensoriados provenientes de cada um dos aparatos (17) em um único sinal óptico serem obtidos e realizados através de um receptor (63) que possui diversas entradas, tantas quantas forem a quantidade de aparatos (17), de tal modo que cada uma dessas entradas do receptor (63) recebe via fibra óptica (56) um sinal óptico correspondente de cada um dos aparatos (17), sem a necessidade de um divisor óptico (58) para multiplexar os sinais.
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| CN107546047A (zh) * | 2016-10-19 | 2018-01-05 | 河南众联云科工程技术有限公司 | 分合状态检测断路器 |
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