BR112013001882B1 - aparelho e método para monitorar um sistema de transmissão de energia elétrica através de análise de descargas parciais, e, sistema de transmissão de energia elétrica - Google Patents

Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA MONITORAR UM SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, ATRAVÉS DE ANÁLISE DE DESCARGAS PARCIAIS. Método para monitorar descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica, compreendendo as etapas de: -detectar pulsos elétricos de um componente do sistema de transmissão de energia elétrica; repetir uma bateria de diferentes testes adaptados para para prover cada um resultado indicativo da atividade de descarga parcial, ditos testes sendo continuamente realizados em sucessão um após o outro, em um período de tempo preestabelecido, compreendendo, cada conjunto de operações, aquisição e avaliações dos pulsos elétricos detectados e diferindo entre si por uma pluralidade de diferentes combinações de valores tomados pelos parâmetros de teste usados para executar as operações de aquisição e avaliação; analisar os resultados obtidos com o tempo pelas baterias de testes executadas em diferentes tempos de execução em dito período preestabelecido de tempo; e -gerar um alarme dependente do resultado da etapa de análise

Description

[01] A presente invenção refere-se a um aparelho e método para monitorar um sistema de transmissão de energia elétrica, em particular um sistema de transmissão de energia elétrica de média/alta voltagem, através de análise de descargas parciais.

[02] A transmissão de energia elétrica de uma planta de geração de força é tipicamente realizada por meio de sistemas de transmissão de energia elétrica de média/alta-voltagem, que podem ser aéreos (suspensos), terrestres ou submarinos.

[03] Um sistema de transmissão de energia elétrica pode compreender condutores elétricos (que podem ser condutores aéreos (suspensos), condutores terrestres isolados ou condutores submarinos isolados), junções, terminações e/ou isoladores para sistemas de força aéreos.

[04] Uma descarga parcial (PD) de acordo com IEC 60270 é uma descarga elétrica localizada, que parcialmente liga o isolamento entre condutores e que pode ou não ocorrer adjacente a um condutor. Descargas parciais são, em geral, uma consequência de concentrações de tensão elétrica locais no isolamento ou na superfície do isolamento. Geralmente, tais descargas aparecem como pulsos tendo uma duração de muito menos do que 1 ps. Como isolamento queremos significar, por exemplo, a camada isolante circundando um condutor ou um isolante para um sistema de força aéreo.

[05] Uma descarga parcial usualmente começa dentro de vazios, fissuras ou inclusões dentro de um dielétrico sólido, em interfaces de condutor-dielétrico dentro de dielétricos sólidos ou líquidos, ou em bolhas dentro dos dielétricos líquidos. Descargas parciais podem também ocorrer ao longo do limite entre diferentes materiais.

[06] As descargas parciais não causam a imediata falha do sistema de isolamento elétrico, mais exatamente sua deterioração progressiva, finalmente resultando em ruptura elétrica.

[07] É importante detectar e monitorar descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica, a fim de assegurar operação confiável de longo termo do sistema, para predizer possíveis falhas que poderiam resultar na interrupção do serviço de suprimento de força, e programar verificações in situ adequadas e/ou mudanças do componente que está gerando a atividade de descarga parcial, antes de sua falha.

[08] Técnicas para detectar e avaliar as descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica são conhecidas na arte.

[09] O WO 2009/013638 descreve um método para monitorar uma atividade de descargas elétricas parciais em um aparelho elétrico energizado com voltagem contínua (DC). O método compreende as seguintes etapas, repetidas em sucessão em predeterminados intervalos de tempo: medir sinais elétricos análogos e gerar correspondentes sinais digitais, representativos da forma de onda de impulsos de descarga parcial; derivar para cada um de ditos sinais digitais parâmetros T-W (tempo e largura de banda equivalentes) e um parâmetro de amplitude; separar, por meio de um classificador de lógica fuzzy, o conjunto dos dados medidos em subconjuntos homogêneos com respeito ao parâmetro de formato; correlacionar os subconjuntos de sinais tendo valores similares dos parâmetros T-W e medidos em etapas sucessivas; selecionar os subconjuntos correlacionados para os quais o parâmetro de amplitude tem um predeterminado perfil durante o tempo e atribuir os sinais de ditos subconjuntos a atividades de descarga parcial.

[10] O WO 2009/013639 descreve um método para detectar, identificar e localizar descargas parciais ocorrendo em um local de descarga ao longo de um aparelho elétrico, compreendendo as seguintes etapas: detectar sinais elétricos em uma estação de detecção; atribuir a cada sinal detectado um valor de um parâmetro de fase; derivar para cada sinal parâmetros T-W (tempo e largura de banda equivalentes) e um parâmetro de amplitude; separar, por meio de um classificador de lógica difusa, o conjunto de sinais detectados em subconjuntos que são homogêneos em relação aos parâmetros T-W; identificar subconjuntos relacionados com descargas parciais e catalogando-os; repetir as etapas acima em uma pluralidade de estações de detecção posicionadas ao longo do aparelho; correlacionar os subconjuntos de sinais detectados em diferentes estações de detecção e catalogados similarmente; selecionar como função da amplitude e parâmetros T-W um subconjunto entre os correlacionados e localizar as descargas parciais, relacionadas com ditos subconjuntos, na estação de detecção do subconjunto selecionado.

[11] A US 2009/011935 descreve um método de analisar dados de descarga parciais, coletados de um grupo de máquinas elétricas. Em particular, o método compreende: coletar dados PD; formar um mapa de classificação W-T; formar agrupamentos de dados PD de acordo com regras predeterminadas; selecionar cada agrupamento em classificações de pulso de acordo com regras predeterminadas; gerar subpadrões das classificações de pulso; determinar características de pulso dos dados PD coletados; comparar níveis Qmax para uma máquina elétrica de interesse com níveis Qmax para outras máquinas elétricas (em que Qmax é a carga de descarga parcial máxima); tender os níveis PD de máquina elétrica de interesse como função do tempo. Determinar e implementar critérios de notificação de operador; determinai* e isolar fontes PD internas para máquina elétrica de interesse; determinar níveis PD como função de parâmetros de dados operacionais.

[12] O Requerente observou que, em geral, as técnicas descritas pelos documentos acima citados são baseadas em análise probabilística/estatística e/ou algoritmos de classificação difusos. Estas técnicas são complicadas e caras.

[13] Além disso, embora possam ser refinadas, estas técnicas são ainda imprecisas porque o sistema de transmissão de energia elétrica sob análise (p. ex., os condutores elétricos, junções e/ou terminações) são susceptíveis de fenômenos imprevisíveis ligados a sua estrutura e função (p. ex., possíveis defeitos de manufatura, avarias ocorridas durante as operações de colocação, mudanças da corrente transmitida entre dia e noite, entre várias estações do ano, entre dias de trabalho e dias de não trabalho, mudanças repentinas da corrente transmitida devido a eventos imprevistos e similares) e ao ambiente externo (p. ex., possíveis fenômenos naturais, trabalhos em estrada e similares), que podem alterar os resultados das análises probabilísticas/estatísticas.

[14] O Requerente enfrentou o problema técnico de prover um método e aparelho para automaticamente detectar e avaliar as descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica, que é confiável e ao mesmo tempo mais simples e menos dispendioso do que as técnicas conhecidas na arte.

[15] Como descrito mais detalhadamente abaixo, o Requerente constatou que este problema pode ser resolvido por meio de uma técnica baseada em repetir, em um componente de um sistema de transmissão de energia elétrica, uma pluralidade de operações de aquisição/avaliações sob diferentes cenários de um aparelho de monitoramento, que correspondem a diferentes situações (p. ex., fatores externos) que podem afetar a avaliação dos pulsos elétricos. Os dados coletados de cada execução da pluralidade de operações são então organizados como uma impressão digital do status elétrico do componente do sistema de transmissão de energia elétrica em um certo tempo.

[16] Em particular, o Requerente constatou que o problema técnico acima pode ser resolvido por: repetindo-se uma bateria de testes em uma janela de tempo significativa (p. ex., 1 dia, 1 semana, 2 semanas, um mês, um ano e similares), cada teste compreendendo um mesmo conjunto de operações de aquisição e avaliações de pulsos elétricos detectados, que diferem entre si por diferentes combinações de valores tomados por parâmetros usados nas operações de aquisição e avaliação; analisar os resultados obtidos pelas baterias de testes executadas; e gerar um alarme dependendo do resultado de ditas análises, na presença de uma variação significativa dos resultados das baterias durante dita janela de tempo.

[17] Deste modo, em um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para monitorar descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica compreendendo as etapas de: detectar pulsos elétricos emitidos por um componente do sistema de transmissão de energia elétrica; realizar nos pulsos elétricos detectados uma bateria de uma pluralidade de testes adaptados para prover cada um resultado indicativo de atividade de descarga parcial, dita pluralidade de testes compreendendo o mesmo conjunto de operações de aquisição e avaliações dos pulsos elétricos detectados, ditas operações de aquisição e avaliação sendo executadas sob condições definidas por: pelo menos 2 parâmetros do grupo compreendendo: nível de disparo, nível de amplificação de ganho de amplificação de pulso elétrico, limite de amplitude de pulso elétrico mínimo Amin, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico mínimo Pmin, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico máximo Pmax, extensão do tempo de teste T, número mínimo de limite de pulsos de descarga parcial M, e um valor numérico de ditos pelo menos 2 parâmetros, a pluralidade dos testes sendo executada em sucessão um após o outro, de acordo com uma sequência de tempo predefinida e sendo diferente entre si para o valor numérico tomado por pelo menos um de ditos pelo menos dois parâmetros: -repetir dita bateria de testes durante um período de tempo predefinido; analisar os resultados obtidos pelas baterias dos testes executados em dito período de tempo predefinido; e gerar um alarme, dependendo do resultado de dita análise, na presença de uma variação dos resultados das baterias de testes executados durante dito período de tempo.

[18] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção refere-se a um aparelho para monitorar descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica, compreendendo: pelo menos um módulo de detecção operativamente associado com um componente do sistema de transmissão de energia elétrica para receber e detectar pulsos elétricos emitidos por ele; um módulo de aquisição e avaliação, conectado a dito módulo de detecção, adaptado para repetir, por um período de tempo predefinido, uma bateria de uma pluralidade de testes nos pulsos elétricos detectados, os testes sendo executados de acordo com valores numéricos de pelo menos dois parâmetros de testes, predefinidos para serem pelo menos em parte diferentes entre os testes, os parâmetros de teste sendo selecionados do grupo de: nível de disparo, nível de ganho de amplificação de pulso elétrico, limite de amplitude de pulso elétrico mínimo Amm, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico de mínimo Pmjn, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico máximo Pmax, comprimento de tempo de teste T, número mínimo de limite de pulsos de descarga parcial M; um módulo de geração de alarme conectado ao módulo de aquisição e avaliação, para receber os resultados obtidos pelas baterias dos testes executados em dito período de tempo predefinido, o módulo de geração de alarme sendo adaptado para analisar os resultados de ditas baterias de testes, para detectar a presença de uma variação em ditos resultados, e adaptado para gerar um alarme na presença de dita variação.

[19] Preferivelmente, dito módulo de aquisição e adaptação compreende uma unidade de distribuição ajustável, adaptada para realizar execução de testes em sucessão, um após o outro, de acordo com uma sequência de tempo predefinida.

[20] O módulo de geração de alarme e o módulo de aquisição e avaliação podem ser parte de um único processador eletrônico; alternativamente, o módulo de geração de alarme é um processador eletrônico remoto conectado ao módulo de aquisição e avaliação via um sistema de transmissão de dados.

[21] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção refere-se a um sistema de transmissão de energia elétrica compreendendo: uma pluralidade de cabos elétricos; uma pluralidade de junções entre os cabos elétricos; pelo menos duas estações terminais; pelo menos um aparelho de monitoramento de descargas parciais associado com um componente do sistema de transmissão de energia elétrica selecionado de ditos cabos elétricos, ditas junções e ditas estações terminais, dito aparelho de monitoramento de descargas parciais compreendendo: • pelo menos um módulo de detecção adaptado para detectar pulsos elétricos de dito componente do sistema de transmissão de energia elétrica; • um módulo de aquisição e avaliação adaptado para automaticamente repetir, durante um período de tempo predeterminado, uma bateria de uma pluralidade de testes nos pulsos elétricos, dita pluralidade de testes sendo adaptada para prover cada um resultado indicativo da atividade de descarga parcial e todos compreendendo o mesmo conjunto de operações de aquisição e avaliações dos pulsos elétricos detectados, ditas operações de aquisição e avaliação sendo executadas sob condições definidas por pelo menos 2 parâmetros e um valor numérico de ditos pelo menos 2 parâmetros, a pluralidade de testes sendo executada em sucessão uma após a outra, de acordo com uma sequência de tempo predefinida e sendo diferente entre si para o valor numérico tomado por pelo menos um de ditos pelo menos 2 parâmetros; • um módulo de geração de alarme adaptado para analisar os resultados obtidos pelas baterias de testes executados em dito período de tempo predeterminado; e para gerar um alarme, dependendo do resultado de dita análise.

[22] Para fins da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto onde de outro modo indicado, todos os números expressando valores, quantidades, percentagens e assim em diante são para ser entendidos como sendo modificados em todos os exemplos pela expressão “cerca de”. Também todas as faixas incluem qualquer combinação de pontos máximos e mínimos descritos e incluem quaisquer faixas intermediárias delas, que podem ou não ser especificamente enumeradas aqui.

[23] A presente invenção, em pelo menos um dos aspectos mencionados acima, pode exibir pelo menos um dos seguintes detalhes preferidos.

[24] O acima mencionado módulo de detecção, módulo de aquisição e avaliação e módulo de geração de alarme vantajosamente são pelo menos um de um módulo de hardware, software e firmware, configurado para realizar a função especificada.

[25] Vantajosamente, dito aparelho de monitoramento de descargas parciais é associado com uma de ditas junções.

[26] Em uma forma de realização, o sistema de transmissão de energia elétrica também compreende uma pluralidade de nós de monitoramento, para monitorar outros parâmetros do sistema de transmissão de energia elétrica.

[27] Preferivelmente, o módulo de detecção e o módulo de aquisição e avaliação são localizados na proximidade de dito componente do sistema de transmissão de energia elétrica.

[28] Preferivelmente, dito módulo de aquisição e avaliação compreende uma unidade de distribuição ajustável, adaptada para realizar testes em sucessão um após o outro, de acordo com uma sequência de tempo predefinida.

[29] O módulo de geração de alarme pode ser localizado na proximidade do componente do sistema de transmissão de energia elétrica ou em um servidor remoto.

[30] O módulo de geração de alarme e o módulo de aquisição e avaliação podem ser parte de um único processador eletrônico; alternativamente, o módulo de geração de alarme é um processador eletrônico remoto conectado ao módulo de aquisição e avaliação via um sistema de transmissão de dados.

[31] Vantajosamente, ditos valores diferentes, tomados por ditto pelo menos um parâmetro, são representativos de diferentes situações que podem afetar ditas operações de aquisição e avaliações.

[32] Vantajosamente, diferentes testes da bateria são realizados em diferentes pulsos elétricos. A duração de cada teste é preferivelmente de modo a possibilitar a detecção de um número significativo de pulsos de descargas parciais. A duração de cada teste é preferivelmente maior do que o período de tempo da voltagem de suprimento principal. Por exemplo, para uma frequência de voltagem de suprimento principal de 50Hz, a duração de cada teste é preferivelmente maior do que 20 ms. Preferivelmente, a duração de cada teste é de uma ordem de magnitude maior do que o período de tempo de voltagem de suprimento principal. Mais preferivelmente, é duas ordens de magnitude maior do que o período de tempo de voltagem de suprimento principal. Mesmo mais preferivelmente, é três ordens de magnitude maior do que o período de tempo de voltagem de suprimento principal.

[33] Vantajosamente, os diferentes testes são em um número de pelo menos igual a 15. Preferivelmente, os diferentes testes são em um número de pelo menos igual a 30, mais preferivelmente pelo menos igual a 50, mais preferivelmente pelo menos igual a 80, mais preferivelmente, pelo menos igual a 100. Na realidade, o requerente verificou que um número de testes menor do que 15 não possibilita representar um número significativo de diferentes situações que podem afetar a avaliação dos pulsos elétricos (por exemplo, diferentes níveis de ruído, baixo, médio e elevado, níveis de descarga parcial fraco, médio e elevado e assim em diante) e, assim, obter resultados confiáveis. A precisão e confiabilidade na representação de diferentes e anômalas situações aumenta quando o número de testes aumenta acima de 15.

[34] Vantajosamente, os diferentes testes são em um número de modo que a execução da bateria de diferentes testes dura no máximo 24 horas.

[35] Vantajosamente, a etapa de análise compreende comparar os resultados obtidos com o tempo pelos mesmos testes da bateria executada em diferentes tempos de execução durante dito período de tempo predefinido.

[36] Em uma forma de realização, a etapa de comparação compreende a etapa de computar, para cada uma de pelo menos duas janelas de tempo predeterminadas dentro de dito período de tempo predefinido, médias de tempo dos resultados obtidos na janela de tempo pelos mesmos testes executados em diferentes tempos de execução. Preferivelmente, as médias de tempo computadas para os testes da bateria em uma de ditas pelo menos duas janelas de tempo predeterminadas são comparadas com as médias de tempo computadas para os correspondentes testes da bateria na outra de ditas pelo menos duas janelas de tempo predeterminadas.

[37] Vantajosamente, as operações de aquisição compreendem pelo menos uma operação de um grupo compreendendo: filtragem de pulso elétrico, amplificação de pulso elétrico, conversão de análogo para digital de pulso elétrico e disparo.

[38] Preferivelmente, os parâmetros de teste compreendem um nível de ganho para amplificação de pulso elétrico e, para cada i2 teste, em que l<i<N e N é o número de diferentes testes da bateria, as operações de aquisição compreendem uma operação de amplificação dos pulsos elétricos detectados, que é realizada no valor de ganho tomado pelo parâmetro de teste de nível de ganho no i-teste.

[39] Preferivelmente, os parâmetros de teste compreendem um nível de disparo e, para cada i2 teste, em que l<i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, as operações de aquisição compreendem uma operação de disparo, que é realizada no valor de disparo assumido pelo parâmetro de teste de nível de disparo no i2 teste.

[40] Vantajosamente, em cada teste, as operações de avaliação são realizadas em pulsos elétricos adquiridos através de operações de aquisição.

[41] Vantajosamente, as operações e avaliação compreendem operações de comparação adaptadas para identificar possíveis descargas parciais entre os pulsos elétricos adquiridos através das operações de aquisição. Vantajosamente, as operações de comparação incluem comparações entre valores numéricos.

[42] Preferivelmente, as operações de avaliação compreendem comparações entre valores tomados por parâmetros de pulso computados em relação aos pulsos elétricos adquiridos durante execução do i2 teste, em que l<i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria e os valores assumidos pelos correspondentes parâmetros de teste no i2 teste.

[43] Preferivelmente, os parâmetros de pulso compreendem pelo menos um parâmetro de um grupo compreendendo: parâmetro de amplitude de pulso elétrico, parâmetro de fase de pulso elétrico, parâmetro Te de extensão de tempo equivalente, parâmetro BWe de largura de faixa equivalente, energia de pulso e raiz quadrada média de pulso RMS.

[44] Preferivelmente, os parâmetros de tese compreendem um limite mínimo Amin para parâmetro de amplitude de pulso elétrico e, para cada i-teste, em que l<i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, as operações de avaliação compreendem comparações entre valores assumidos por um parâmetro de amplitude de pulso elétrico, computado para pulsos elétricos adquiridos durante execução do i-teste, e o valor assumido por dito limite mínimo Amin no teste i-.

[45] Preferivelmente, os parâmetros de teste compreendem um limite mínimo Pmin para parâmetro de fase de pulso elétrico e um limite máximo Pmax para parâmetro de fase de pulso elétrico e, para cada i2 teste, em que 1 <i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, as operações de avaliação compreendem comparações entre valores assumidos por um parâmetro de fase de pulso elétrico, computados para pulsos elétricos adquiridos durante execução do i-teste, e os valores assumidos por dito limite mínimo Pmin e limite máximo Pmax no i-teste.

[46] Preferivelmente, os parâmetros de teste compreendem um limite T para extensão de tempo de teste e cada i2 teste, em que 1 <i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, é executado por um período de tempo correspondente ao valor assumido pelo limite T no i2 teste.

[47] Preferivelmente, os parâmetros de teste compreendem um limite mínimo M para o número de descargas parciais e cada i2 teste, em que l<i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, retorna um resultado positivo, quando o número de pulsos elétricos identificados como descargas parciais, entre os pulsos elétricos adquiridos durante execução do i2 teste, é pelo menos igual ao valor assumido no i2 teste pelo limite mínimo M. O i2 teste retorna um resultado negativo quando dito número de pulsos elétricos, identificados como descargas parciais, é menor do que dito valor assumido pelo limite mínimo M no i2 teste.

[48] Preferivelmente, as operações de avaliação compreendem uma operação de filtragem de ruído.

[49] A operação de filtragem de ruído pode ser realizada mapeando-se parâmetros de pulso de extensão de tempo equivalente e largura de faixa equivalente BWe, computados para os pulsos elétricos adquiridos em um plano de referência de modelo Te-BWe.

[50] Os detalhes e vantagens da presente invenção serão tornados evidentes pela seguinte descrição detalhada de algumas de suas formas de realização exemplares, providas meramente por meio de exemplos não limitantes, descrição que será conduzida fazendo-se referência aos desenhos anexos, em que: a figura 1 mostra esquematicamente um diagrama de blocos de uma forma de realização de um aparelho de monitoramento de descargas parciais de acordo com a presente invenção; a figura 2 mostra esquematicamente um diagrama de blocos de uma forma de realização de um elemento de aquisição de dados do aparelho de monitoramento de descargas parciais da figura 1; as figuras 3a e 3b mostram esquematicamente um diagrama de blocos de duas formas de realização de um elemento de processamento do aparelho de monitoramento de descargas parciais da figura 1; a figura 4 mostra esquematicamente um fluxograma resumindo as etapas principais de um algoritmo de avaliação de descarga principal de acordo com a presente invenção; a figura 5 mostra um exemplo dos resultados que podem ser obtidos executando-se o algoritmo de avaliação de descarga principal da figura 4; a figura 6 mostra um diagrama de blocos de uma forma de realização de um sistema de transmissão de energia elétrica de acordo com a presente invenção.

[51] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos de um aparelho de monitoramento de descargas parciais 1, de acordo com uma forma de realização da invenção, compreendendo um primeiro sensor 10, um elemento de aquisição de dados 20, um elemento de processamento 30, um segundo sensor 40 e um detector de cruzamento-zero 50.

[52] O elemento de aquisição de dados 20, elemento de processamento 30 e detector de cruzamento-zero 50 fazem parte de um módulo de aquisição e avaliação 60.

[53] O primeiro sensor 10 vantajosamente é um sensor de alta frequência (HF), sensor capaz de detectar pulsos elétricos analógicos HF, possivelmente associados com descargas parciais. Por exemplo, o primeiro sensor 10 pode ser um sensor indutivo convencional, um sensor capacitivo convencional, um HFCT convencional (transformador de corrente de alta frequência) ou uma antena atuando como detector de campo elétrico como descrito, por exemplo, por WO 2009/150627.

[54] O primeiro sensor 10 vantajosamente é posicionado em um ponto estratégico de um sistema de transmissão de energia elétrica como, por exemplo, uma junção ou uma terminação, em que as descargas parciais são mais prováveis ocorrerem.

[55] Como exemplarmente mostrado na figura 2, o elemento de aquisição de dados 20 pode compreender um filtro passa faixa 21, um amplificador diferencial 22, um conversor de analógico para digital (ADC) 23 e um potenciômetro digital de ajustamento de ganho 24.

[56] O filtro passa faixa 21 exemplarmente tem uma largura passa faixa compreendida entre 2 e 20 MHz. Por exemplo, o filtro passa faixa 21 pode compreender em cascata um filtro de baixa-passagem. Butterworth de terceira ordem,tendo uma frequência de corte de 20MHz e um filtro Butterworth de alta passagem de oitava ordem, tendo uma frequência de corte de 2MHz.

[57] O ADC 23 é adaptado para realizar, de acordo com técnicas bem conhecidas na arte, uma conversão de analógico para digital dos pulsos elétricos analógicos percebidos pelo primeiro sensor 10.

[58] O amplificador diferencial 22 vantajosamente tem um ganho que pode ser programado digitalmente dentro de uma faixa predefinida por meio do potenciômetro digital de ajuste de ganho 24, a fim de possibilitar o ajustamento dos pulsos elétricos analógicos percebidos pelo primeiro sensor 10 para uma margem de entrada dinâmica do ADC 23.

[59] O segundo sensor 40 vantajosamente é um sensor de baixa frequência (LF), adaptado para medir a voltagem de suprimento principal do sistema de transmissão de energia elétrica. Por exemplo, ele pode ser um sensor indutivo convencional ou um detector de campo elétrico como descrito, por exemplo, pelo WO 2009/150627. O detector de cruzamento-zero 50 é um dispositivo convencional que compreende, por exemplo, um comparador de voltagem.

[60] O segundo sensor 40, junto com o detector de cruzamento-zero 50, é adaptado para prover um sinal, em fase com a voltagem de suprimento (tipicamente 50Hz), que é útil para sincronizar os pulsos elétricos HF, medidos pelo primeiro sensor 10 com a fase de voltagem de suprimento. O Requerente observa que, para a sincronização, é melhor medir-se a voltagem de suprimento com um detector de campo elétrico, que é mais confiável em comparação com o sensor indutivo. Na realidade, o detector de campo elétrico evita possíveis erros de fase, que podem ser induzidos por uma adição vetorial de diferentes correntes que podem existir no sistema de transmissão de energia elétrica.

[61] O elemento de processamento 30 constitui a parte inteligente do aparelho 1. Por exemplo, ele pode ser uma FPGA (Matriz de Porta Programável de Campo).

[62] O elemento de processamento 30 é adaptado para controlar a operação do elemento de aquisição de dados 20, para processar os dados digitais vindo do elemento de aquisição de dados 20 e do detector de cruzamento-zero 50 e para implementar um algoritmo para avaliação de descarga parcial.

[63] Em particular, como mostrado na Figura 3a, o elemento de processamento 30 compreende módulos de avaliação incluindo um primeiro módulo 32 e um segundo módulo 34.

[64] Vantajosamente, o elemento de processamento 30 também compreende um circuito de disparo 38. Por exemplo, o circuito de disparo 38 pode ser implementado dentro da FPGA por meio de um comparador digital compreendendo portas lógicas.

[65] O primeiro módulo 32 é adaptado para processar os dados digitais vindos do elemento de aquisição de dados 20 (que corresponde aos pulsos elétricos analógicos sentidos pelo primeiro sensor 10) e do detector de cruzamento-zero 50, a fim de computar parâmetros de pulso úteis para implementar o algoritmo de avaliação de descarga principal de acordo com a presente invenção.

[66] O segundo módulo 34 é adaptado para receber os dados digitais vindos do elemento de aquisição de dados 20 e os parâmetros de pulso computados pelo primeiro módulo 32, a fim de implementar o algoritmo de avaliação de descarga principal.

[67] O aparelho 1 da invenção também compreende um módulo de geração de alarme 36, adaptado para analisar os resultados obtidos pela execução do algoritmo de avaliação de descarga principal e para gerar alarmas preventivos.

[68] Em particular, o módulo de geração de alarme 36 é adaptado para receber os resultados do algoritmo de avaliação de descarga principal a fim de analisar a tendência, em função do tempo, de ditos resultados e para gerar alarmas preventivos, se necessário.

[69] O módulo de geração de alarme 36 pode ser implementado dentro do elemento de processamento 30 (p. ex., na FPGA acima mencionada, como mostrado na figura 3a) ou dentro de um dispositivo remoto (p. ex., um servidor remoto, como mostrado na figura 3b). No último caso, o elemento de processamento 30, compreendendo o primeiro módulo 32 e o segundo módulo 34, será adaptado para remeter os resultados do algoritmo de avaliação de descarga principal para o módulo de geração de alarme remoto 36. Como explicado em mais detalhes abaixo com referência à figura 6, o elemento de processamento 30 pode ser adaptado para remeter ditos resultados para o módulo de geração de alarme remoto 36 diretamente ou através da intermediação de outros nós do sistema de transmissão de energia elétrica.

[70] Os parâmetros de pulso computados pelo primeiro módulo 32 para cada pulso elétrico adquirido pelo elemento de aquisição de dados 20 vantajosamente compreendem um parâmetro de amplitude (correspondendo, por exemplo, à amplitude máxima do pulso elétrico) e um parâmetro de fase (correspondendo, por exemplo, à fase da voltagem de suprimento (p. ex., a 50 Hz) na ocasião em que o pulso elétrico é detectado pelo primeiro sensor 10). Preferivelmente, os parâmetros de pulso computados compreendem ainda uma extensão de tempo equivalente Te e uma largura de faixa equivalente BWe.

[71] O parâmetro de pulso pode também compreender um parâmetro de energia de pulso e/ou um parâmetro de pulso RMS (raiz quadrada média) que, por exemplo, pode ser respectivamente computado com a seguinte fórmula: (copiar fórmulas), em que Si são as amostras do pulso adquirido, N é o número total de amostras do pulso adquirido e Tsé o tempo de amostragem.

[72] Por exemplo, Te e BWe podem ser computados por meio das seguintes relações:

com em que st é a amostra do pulso adquirido, detectado no instante h,N é o número total de amostras do pulso adquirido e Xt (/]) são os componentes de frequência do pulso elétrico obtido através de uma transformação Fourier Distinta (DFT).

[73] O cálculo dos parâmetros de pulso (p. ex., Amplitude, Fase, Te e BWe) é vantajosamente realizado pelo primeiro módulo 32 através de blocos de hardware paralelos, especificamente configurados para obter uma velocidade de elevado processamento, por meio da qual operação de tempo real é garantida.

[74] Como explicado mais a seguir, os parâmetros de pulso Te e BWe podem ser úteis para realizar uma filtragem de ruído, a fim de eliminar pulsos elétricos gerados por ruído, que podem ser amplitude maior do que suas próprias descargas parciais interessantes, desse modo ajudando a distinguir pulsos elétricos que podem ser identificados como descargas parciais de ruído.

[75] Quando o aparelho 1 compreende uma interface humana, todos os parâmetros de pulso (p.ex., Te, BWe, Amplitude e Fase) obtidos pelo primeiro módulo 32 podem ser armazenados em uma área de armazenagem adequada (p.ex., uma 512kword SRAM, cada uma com uma precisão de 9 bits). Os parâmetros de pulso computados podem também ser representados em planos Te-BWe e de Amplitude-Fase adequados.

[76] O segundo módulo 34 vantajosamente opera em paralelo com o primeiro módulo 32.

[77] De acordo com o algoritmo de avaliação de descarga parcial, o segundo módulo 34 do elemento de processamento 30 é adaptado para automática e continuamente repetir em um período preestabelecido de tempo uma mesma bateria de diferentes testes (p.ex., N diferentes testes com N = 128) através de um modo de operação independente.

[78] Os testes são executados um após o outro.

[79] Os testes diferem entre si para valores assumidos por um conjunto de parâmetros de teste.

[80] Os parâmetros de teste definem condições sob as quais o aparelho 1 executa os testes.

[81] Por exemplo, o conjunto de parâmetros de teste podem compreender: o ganho do amplificador diferencial 22 (que pode ser codificado em 1 byte); um nível de disparo para o circuito de disparo 38 (que pode ser codificado em 2 bytes); um limite de número mínimo M indicando o número de pulsos de descargas parciais (PD) necessárias para gerar um resultado positivo do teste (que pode ser codificado em 2 bytes); um limite de tempo T indicando a duração de um teste em ms (que pode ser codificada em 3 bytes e que preferivelmente é um número inteiro de períodos da voltagem de suprimento); um limite de amplitude mínimo Amin (que pode ser codificado em 2 bytes); um limite de fase mínimo Pmm (que pode ser codificado em 2 bytes); um limite de fase máxima Pmax (que pode ser codificado em 2 bytes). Em particular, o ganho, nível de disparo e parâmetros de limite de tempo T são usados para o estabelecimento dos vários componentes do aparelho 1. Os parâmetros de limites M, Amin, Pmin e Pmax são usados pelas operações de avaliação do algoritmo de avaliação de descarga parcial.

[82] Os testes podem diferir entre si para os valores assumidos por todos os parâmetros de teste ou para somente parte deles. Por exemplo, o limite de fase mínimo Pmm, o limite de fase máximo Pmax e o limite de tempo T podem ser os mesmos para todos os testes.

[83] Cada teste termina com um resultado positivo (verdadeiro) ou negativo (falso), indicando a presença ou ausência de possível atividade de descarga parcial.

[84] Os valores específicos a serem assumidos pelos parâmetros de teste em cada um dos testes são previamente definidos e armazenados, por exemplo, na memória flash.

[85] Vantajosamente, os parâmetros de teste podem ser previamente definidos através de uma atividade de experimentação, realizada em uma pluralidade de componentes de um sistema de transmissão de energia elétrica, tendo diferentes defeitos conhecidos em seu sistema de isolamento e sob uma variedade de diferentes condições (p. ex., em diferentes locais geográficos, considerando diferentes fatores externos, diferentes fontes de ruído e assim em diante).

[86] A atividade de experimentação é vantajosamente realizada aplicando-se o algoritmo da invenção, variando-se finamente os valores dos parâmetros de teste a serem usados em cada um dos testes e coletando-se um número substancial de resultados (p. ex., 2000, 3000). Os resultados dos testes podem então ser estatisticamente analisados a fim de apropriadamente selecionar os valores dos parâmetros de teste a serem programados e armazenados no aparelho 1.

[87] Vantajosamente, a seleção é realizada a fim de prover-se um ajuste otimizado do aparelho 1, de modo que os diferentes testes realizados automaticamente pelo aparelho 1 melhor representem qualquer possível situação (p. ex., níveis de ruído baixos, médios e elevados, níveis de descarga parcial fracos, médios e elevados, e assim em diante).

[88] Por exemplo, durante dita seleção, os valores dos parâmetros de teste (p. ex., valores de ganho), que forneceram os resultados mais positivos em relação a defeitos conhecidos, são preferidos com respeito àqueles que forneceram resultados negativos.

[89] O procedimento acima, para definir antecipadamente os valores dos parâmetros de teste a serem programados e armazenados no aparelho 1, possibilita obter-se um conjunto de valores de parâmetros de teste que são universais e utilizáveis para qualquer componente de qualquer sistema de transmissão de energia elétrica a ser monitorado.

[90] O Requerente observa que, quando uma análise de pulsos elétricos é realizada sob o controle de um operador, o próprio operador pode finalmente ajustar os parâmetros de teste do aparelho de teste, dependendo das situações. Por exemplo, ele pode decidir aumentar o nível de disparo em caso de níveis de elevado ruído, pode decidir aumentar o ganho do amplificador diferencial se o pulso de descarga parcial for fraco, e assim em diante.

[91] Estas decisões inteligentes não podem ser tomadas quando a análise dos pulsos elétricos é realizada automaticamente por um aparelho, sem a intervenção de um operador.

[92] A invenção supera este problema graças ao algoritmo de avaliação de descarga parcial, em que os pulsos elétricos sentidos pelo primeiro sensor 10 são analisados através de uma execução contínua de uma mesma bateria de um número N de diferentes testes que corresponde a um número N de diferente ajuste do aparelho 1 (isto é, por sua vez, corresponde a um correspondente número N de diferentes combinações de níveis de disparo, diferentes valores de ganho do amplificador diferencial 22, diferentes valores dos parâmetros de teste Amin, M, T, Pmin, Pmax), que, como explicado acima, são adequadamente definidos antecipadamente a fim de eficiente e confiavelmente avaliar os pulsos elétricos em quaisquer possíveis situações (p. ex., níveis de ruído, baixos, médios e elevados, níveis de descarga parcial fracos, médios e elevados, e assim em diante.

[93] Desta maneira, a confiabilidade e precisão do algoritmo de avaliação de descarga parcial é garantida mesmo se realizado automaticamente.

[94] A Figura 4 mostra esquematicamente um fluxograma exemplar de um algoritmo de avaliação de descarga parcial executado pelo segundo módulo 34.

[95] No bloco 100, na execução do teste i2 (com l<i<N, em que N é o número de testes de uma bateria), valores específicos dos parâmetros de teste para o i2 teste estão prontos de uma memória adequada (p.ex., a memória flash acima mencionada) e usados para inicializar constantes/variáveis adequadas a serem usadas no algoritmo. No exemplo mostrado na figura 4, os valores específicos lidos da memória flash são um valor de ganho; um valor de disparo; um valor de número de pulsos PD; um valor de duração de tempo; um valor de limite de amplitude; um valor de limite de fase mínimo; e um valor de limite de fase máximo.

[96] Em particular, no bloco 100, o segundo módulo 34 utiliza o valor de ganho para determinar o ganho do amplificador diferencial 22 (p. ex., através do potenciômetro digital 24) e o valor de disparo para determinar o nível de disparo no circuito de disparo 38. Além disso, o segundo módulo 34 utiliza o valor de número de pulsos PD para determinar o valor de uma constante T; o valor limite de amplitude para estabelecer o valor de uma constante Amin; o valor de limite de fase mínimo para estabelecer o valor de uma constante Pmin; e o valor de limite de fase máximo para estabelecer o valor de uma constante Pmax. Além disso, no bloco 100, uma contagem variável PD é inicializada para 0.

[97] No bloco 101, a recepção de dados digitais vindos do element de aquisição de dados 20 é continuamente verificada.

[98] Quando nenhum dado digital é recebido, no bloco 106 é verificado se um período de tempo T do início da execução do teste i2 decorreu. Se o período de tempo T não tiver decorrido, a execução do algoritmo retorna para o bloco 101. Se o período de tempo T tiver decorrido, a execução do algoritmo continua no bloco 107.

[99] Quando no bloco 101 dados digitais são recebidos, no bloco 102 uma operação de filtragem de ruído é executada, a fim de eliminar pulsos de ruído conhecidos.

[100] Por exemplo, a operação de filtragem pode ser vantajosamente realizada de acordo com técnicas conhecidas na arte, mapeando-se os parâmetros Te e BWe computados pelo primeiro módulo 32 para o pulso elétrico atual em um plano de referência modelo Te-B We.

[101] O plano modelo pode, por exemplo, ser obtido testando-se previamente o aparelho sob atividades de descarga e ruído parciais, conhecidas a priori.

[102] É observado que, de acordo com a presente invenção, a operação de filtragem de ruído é uma etapa opcional e preferida, porém não necessária. Além disso, técnicas de filtragem de ruído, que não mapeamento de plano de modelo Te-BWe, podem ser usadas. Por exemplo, uma análise de onda-forma pode ser realizada, de acordo com técnicas conhecidas na arte, por exemplo, usando-se redes neuronais.

[103] Quando no bloco 102, o pulso elétrico adquirido é classificado como ruído, em seguida a execução do algoritmo continua no bloco 106.

[104] Quando no bloco 102, o pulso elétrico adquirido não é classificado como ruído, em seguida no bloco 103 o parâmetro de amplitude máxima computado pelo primeiro módulo 32 para o pulso elétrico de corrente é comparado com Amin-

[105] Se o parâmetro de amplitude máxima for menor do que Amin, então a execução do algoritmo continua no bloco 106. Desta maneira, os pulsos elétricos tendo amplitude máxima não excedendo o limite Amin não são levados em consideração para avaliação de geração de alarme.

[106] Se o parâmetro de amplitude máxima for mais elevado do que ou igual a Amin, então no bloco 104 o parâmetro de fase computado pelo primeiro módulo 32 para o pulso elétrico de corrente é comparado com Pmin e Pmax-

[107] Se o parâmetro de fase não for compreendido entre Pmin e Pmax, então a execução do algoritmo continua no bloco 106. Desta maneira, os pulsos elétricos tendo um parâmetro de fase não compreendido entre os limites Pmin e Pmax não são levados em consideração para avaliação de geração de alarme.

[108] Se o parâmetro de fase for compreendido entre Pmin e Pmax, então no bloco 105 a contagem_PD variável é aumentada em 1 (contagem_PD = contagem_PD + 1) e a execução do algoritmo continua no bloco 106.

[109] Por conseguinte, somente os pulsos elétricos, que com sucesso passam por todas as verificações dos blocos 101 a 104, são considerados para avaliação de geração de alarme.

[110] Quando no bloco 106, o período de tempo T do início da execução do teste i-transcorre, então no bloco 107 o valor da contagem_PD variável é comparado com M.

[111] Se a contagem_PD for menor do que M, então no bloco 109 um alarme variável recebe um valor falso (p. ex., valor lógico 0).

[112] Se a contagem_PD for mais elevada do que ou igual a M, então no bloco 108 um alarme variável recebe um valor verdadeiro (p. ex., o valor lógico 1). Desta maneira, o algoritmo de avaliação de descarga parcial produz um resultado positivo somente quando o número de pulsos elétricos, que durante o período de tempo T passou com sucesso pelas verificações de blocos 101 a 104, excede o valor predefinido M.

[113] Tanto após a execução do bloco 108 como do bloco 109, a execução do algoritmo retorna para o bloco 100 para iniciar a execução do i-+1 teste. Quando o teste N-foi completado, a execução do algoritmo inicia novamente com o primeiro teste da bateria.

[114] O segundo módulo 34 automática e continuamente executa os testes N um após o outro e remete os resultados dos testes para o módulo de geração de alarme 36. Como citado acima, quando o módulo de geração de alarme 36 é hospedado em um servidor remoto, o elemento de processamento 30 pode ser adaptado para remeter ditos resultados de teste para o módulo de geração de alarme remoto 36 diretamente ou através da intermediação de outros nós do sistema de transmissão de energia elétrica.

[115] Cada resultado de teste remetido para o módulo de geração de alarme 36 pode compreender dois dados: a indicação do número do teste realizado e do resultado do teste (verdadeiro ou falso). No caso de N=128, cada resultado de teste pode, por exemplo, ser codificado em 8 bits, em que o bit mais significativo pode ser usado para indicar o verdadeiro (lógica 1) ou falso (lógica 0) resultado do teste, enquanto os restantes 7 bits podem ser usados para indicar o número do teste (de 0 a 127).

[116] O módulo de geração de alarme 36 é adaptado para receber os resultados dos testes do segundo módulo 34, para armazená-los, para analisar os resultados obtidos durante o tempo pelos mesmos testes executados em diferentes tempos de execução; e para gerar um alarme dependendo do resultado de tal análise.

[117] O procedimento de avaliação de descarga parcial e geração de alarme da invenção é baseado na percepção do Requerente de que atividade de descarga parcial usualmente não causa a imediata falha do sistema de isolamento elétrico, porém uma progressiva e lenta deterioração do mesmo, o que pode resultar em colapso elétrico após um longo período de tempo (p. ex., após semanas, meses ou anos). Portanto, os dados relevantes em vista da geração de alarme não são o resultado de um único teste, mas das mudanças que os resultados dos mesmos testes sofrem com o tempo.

[118] Por conseguinte, a análise dos resultados de teste é vantajosamente realizada pelo módulo de geração de alarme 36 por: monitoração da tendência, em função do tempo, dos resultados obtidos pelos mesmos testes executados em diferentes tempos de execução, registro das mudanças sofridas com o tempo por ditos resultados e fazendo-se avaliação acerca da ativação de um procedimento de alarme, dependendo das mudanças registradas.

[119] Por exemplo, o módulo de geração de alarme 36 pode armazenar, em uma área de armazenagem adequada, todos os resultados obtidos executando-se continuamente os testes N da bateria. Para cada uma de uma pluralidade de janelas de tempo predeterminadas (p. ex., dia a dia, semana por semana, mês a mês) o módulo 36 pode computar uma percentagem de resultados positivos (e negativos) obtidos para cada um dos N testes executados durante a dita janela de tempo. Em seguida, através de uma janela de tempo de deslizamento, o módulo 36 pode comparar as percentagens dos resultados positivos obtidos para os testes N em uma janela de tempo (p. ex. em um dia em curso) com as percentagens obtidas para os testes N em uma janela de tempo anterior (p. ex., no dia anterior). Isto possibilita ativar o procedimento de alarme quando a diferença de percentagem para um número predeterminado de testes excede um limite de percentagem predeterminado. Em uma forma de realização, particularmente vantajosa quando o módulo 36 é localizado em um servidor remoto, o dito número predeterminado de testes e/ou o dito limite de percentagem predeterminado são paramétricos. Desta maneira, seus valores reais podem ser remotamente mudados por um operador, dependendo das circunstâncias, por exemplo, eles podem ser trocados (p. ex., aumentados) quando trabalhos de estrada são feitos nas vizinhanças do componente do sistema de transmissão de energia elétrica sob teste, e trocados novamente (p. ex., diminuídos) quando os trabalhos de estrada terminam.

[120] O monitoramento da tendência, em função do tempo, dos resultados de teste, garante que um procedimento de alarme não é ativado em uma situação em que os resultados de teste são distorcidos por fatores externos temporários e imprevisíveis (tais como fenômenos naturais possíveis, trabalhos de estrada, e similares).

[121] Na realidade, se um resultado de teste tornar-se verdadeiro após ser falso por um certo período de tempo (p. ex., um mês), é vantajoso -antes de ativar um procedimento de alarme -verificar primeiro a persistência do resultado verdadeiro em um período de tempo significativo. Na realidade, pode acontecer que o resultado do teste permaneça verdadeiro somente por um período limitado de tempo (p. ex., alguns dias) -por exemplo, em razão de fatores externos temporários e imprevisíveis (p. ex., trabalhos de estrada próximo do componente do sistema de transmissão de energia elétrica sob controle pelo aparelho 1) -e se torne novamente falso quando os fatores externos param.

[122] Portanto, de acordo com a presente invenção, um procedimento de geração de alarme é garantido mesmo quando o sistema de transmissão de energia elétrica sob análise é submetido a fenômenos temporários, imprevisíveis.

[123] Uma vez estabelecida a necessidade de gerar um alarme, o módulo de geração de alarme 36 do elemento de processamento 30 é vantajosamente adaptado para ativar um alarme de acordo com técnicas conhecidas na arte, por exemplo, ativando-se a geração de um sinal de alarme (p. ex., som e/ou alarme visual).

[124] A fim de mostrar os resultados de teste que podem ser obtidos pelo algoritmo de avaliação de descarga parcial executado pelo aparelho da invenção, um protótipo do aparelho foi disposto em um sistema de alta voltagem composto de um circuito de corrente com uma corrente alcançando até 2000A e uma voltagem alcançando até 400 kV, em que defeitos foram introduzidos no sistema de isolamento do circuito de corrente.

[125] O aparelho permanentemente operado em um modo independente sucessivamente executando uma bateria programada de 128 testes, cada um tendo uma duração total de 20s (T = 20 s).

[126] A Figura 5 é uma representação gráfica dos resultados obtidos realizando-se quatro vezes a bateria de 128 testes.

[127] Na Figura 5, o eixo x representa o número de testes realizado pelo algoritmo de avaliação de descarga parcial. Cada vez que um teste é realizado, o eixo x incrementa uma unidade. O eixo y indica o resultado de teste que -na figura 5 -é expresso como o número de teste, quando o resultado de teste é negativo, e como o número de teste mais 128 quando o resultado de teste é positivo por esta razão, os resultados de teste têm um resultado de teste crescente quando o número do teste aumenta de 0 para 127 (para um total de 128 testes).

[128] As setas Ai, A2, A3, A4 indicam os resultados das primeira, segunda, terceira e quarta baterias de testes, respectivamente.

[129] A linha B representa um limite (representado pelo número 128) entre resultados de teste positivos e resultados de teste negativos. Acima da linha B os resultados de teste são positivos e abaixo da linha B os resultados de teste são negativos. Na realidade, em vista do explicado acima, quando um teste de 0 a 127 tem um resultado negativo, o dito resultado de teste negativo é representado no eixo y com um número respectivamente variando de 0 a 127. Quando, em vez disso, um teste de 0 a 127 tem um resultado positivo, o dito resultado de teste positivo é representado no eixo y com um número, respectivamente, variando de 0 + 128 a 127 + 128.

[130] Nos experimentos realizados pelo Requerente, a primeira e segunda baterias de 128 testes foram realizado em condição normal, na ausência de defeitos no sistema de isolamento do circuito de corrente usado para os experimentos. Na execução da terceira bateria de testes, um defeito foi introduzido no sistema de isolamento.

[131] A Figura 5 mostra que o algoritmo de avaliação de descarga parcial repentinamente reagiu ao novo defeito. Na realidade, 6 testes da bateria, inicialmente fornecendo um resultado negativo, começou a dar um resultado positivo nas terceira e quarta execuções da bateria de testes (vide os resultados de teste envolvido por um círculo na Figura 5).

[132] O aparelho da invenção pode ser usado para monitorar qualquer componente de um sistema de transmissão de energia elétrica. Como atividades de descarga parcial são usualmente mais frequentes nas junções e/ou terminações, os aparelhos da invenção podem vantajosamente ser usados em um sistema de transmissão de energia elétrica, em associação com junções e/ou terminações.

[133] A Figura 6 mostra um exemplo de um sistema de transmissão de energia elétrica 200, compreendendo um primeiro terminal 210, um segundo terminal 220, uma pluralidade de junções 230, uma pluralidade de cabos elétricos 240 entre duas junções 230 ou entre um terminal 210, 220 e uma junção 230, e uma pluralidade de aparelhos 2 de acordo com a presente invenção, associados com terminais 210, 220, cabos 240 e junções 230.

[134] Os cabos elétricos 240 podem ser cabos elétricos de alta ou média voltagem.

[135] A expressão voltagem média é usada para indicar voltagens de 1 a 35 kV.

[136] A expressão alta voltagem é usada para indicar voltagens superiores a 35 kv.

[137] O sistema de transmissão de energia elétrica 200 pode ser, por exemplo, do tipo terrestre ou submarino.

[138] Os cabos elétricos 240 podem compreender pelo menos um núcleo compreendendo um condutor elétrico circundado por pelo menos uma camada isolante e pelo menos um revestimento protetor. Opcionalmente, o núcleo compreende ainda pelo menos uma camada semicondutora e uma tela metálica.

[139] O núcleo pode ser um núcleo de fase única.

[140] Em sistemas AC, os cabos elétricos 240 vantajosamente são cabos trifásicos, cada um compreendendo três núcleos de fase única isolados.

[141] Os três núcleos isolados podem ser protegidos juntos dentro de um único revestimento ou podem ser individualmente protegidos dentro de três revestimentos separados.

[142] Como descrito acima, os aparelhos 1 de acordo com a presente invenção são adaptados para detectar e avaliar descargas parciais e para ativar um alarme no caso de necessidade.

[143] O alarme pode ser remetido do aparelho 1 para uma estação remota central 260, através de técnicas conhecidas na arte, como, por exemplo, através de adequadas radiofrequência (RF), fibra óptica, GSM/GPRS e/ou ligações elétricas por fio.

[144] O sistema de transmissão de energia elétrica 200 é também vantajosamente equipado com um sistema de monitoramento compreendendo uma pluralidade de nós de monitoramento 250, posicionados em associação com as junções 230, cabos elétricos 240 e terminais 210, 220 do sistema de transmissão de energia elétrica 200. Os nós de monitoramento 250 são adaptados para monitorar vários parâmetros (tais como temperatura de cabo, temperatura ambiente, umidade ambiente, inundação de água, corrente de cabo, corrente de grade, voltagem de cabo, fogo, gás, abertura de portas de acesso, deformação de cabo, deslocamento de cabo, vibrações e similares) do sistema de transmissão de energia elétrica 200 e para transmitir os dados coletados para a estação remota 260.

[145] Os aparelhos 1 de acordo com a presente invenção podem ser adaptados para transmitir os sinais de alarme diretamente para a estação remota 260 ou, em alternativa, para o nó de monitoramento mais próximo 250, que por sua vez será adaptado para transmitir o sinal de alarme para a estação remota 260.

[146] Por exemplo, o sistema de monitoramento pode, vantajosamente, ser do tipo descrito no pedido de patente PCT/EP2009/005520, em que os nós de monitoramento 250 são conectados entre si em cascata através de uma pluralidade de ligações de dados e são adaptados para alternativamente operar em um modo adormecido e em um modo ativo, de modo que os dados adquiridos pelos nós de monitoramento durante modos ativos são remetidos para uma unidade central (não mostrada) fazendo-se os dados passarem de um nó de monitoramento para outro, começando dos nós de monitoramento, que gera os dados de saída até um último nó de monitoramento, que remete os dados de saída para a unidade central. A unidade central coleta os dados de saída vindos de todos os nós de monitoramento 250 e transmite-os para a estação remota 260. A unidade central pode ser conectada a um modem ou um roteador (não mostrados) para comunicação com a estação remota 260, de acordo com um protocolo de comunicação predeterminado.

[147] As comunicações entre a unidade central e a estação remota 260 podem ser em parte realizadas através de uma rede GSM/GPRS 280.

[148] As ligações de dados entre os nós de monitoramento 250 e entre o último nó de monitoramento e a unidade central podem ser com fio (p. ex., ligações ópticas ou elétricas) ou sem fio (p. ex., ligações RF).

[149] De acordo com outra forma de realização (não mostrada), os aparelhos 1, de acordo com a presente invenção e, opcionalmente, nós de monitoramento 250, podem ser instalados em uma subestação (p. ex., uma subestação urbana), compreendendo partes terminais de uma pluralidade de cabos pertencentes a um mesmo ou diferentes sistemas de transmissão de energia elétrica, a fim de monitorar as partes terminais de dita pluralidade de cabos. Por exemplo, eles podem ser instalados de modo que cada parte terminal a ser monitorada seja acoplada a pelo menos um aparelho 1 e um nó de monitoramento 250.

[150] Os aparelhos 1 e/ou os nós de monitoramento 250 podem vantajosamente ser supridos por uma fonte de energia principal remota, por exemplo, através de uma linha de suprimento elétrico adequada.

[151] Os aparelhos 1 e/ou os nós de monitoramento 250 são preferivelmente supridos por geradores de energia locais (não mostrados), que vantajosamente produzem energia elétrica explorando fontes locais como forças gerativas localizadas no sistema de transmissão de energia elétrica ou no meio-ambiente em que o sistema opera, como, por exemplo, um campo magnético gerado pela corrente alternada (AC) fluindo ao longo de um cabo elétrico do sistema de cabos, vibrações, luz do sol.

[152] Os geradores de energia elétrica locais podem, por exemplo, ser do tipo fotovoltaico (em caso de sistema de cabo aéreo) ou do tipo de vibração (adaptado para transformar as vibrações de cabo em energia elétrica).

[153] De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, os geradores de energia elétrica locais são do tipo magnético, adaptados para transformar o campo magnético, gerado por uma corrente alternada fluindo ao longo de um cabo AC do sistema de transmissão de energia elétrica, em energia elétrica.

[154] Preferivelmente, os geradores de energia elétrica locais são do tipo descrito no pedido de patente PCT/EP2009/005508, compreendendo um corpo ferromagnético conformado em arco estendendo-se ao longo de um eixo longitudinal e pelo menos um enrolamento eletricamente condutivo, enrolado em torno do corpo ferromagnético, para formar voltas em planos substancialmente perpendiculares ao arco.

[155] É lembrado que a invenção inclui tanto o caso em que o primeiro módulo 32, o segundo módulo 34 e o módulo de geração de alarme 36 são todos localizados em um mesmo local (isto é, no aparelho 1, nas proximidades do componente do sistema de transmissão de energia elétrica sob monitoramento) como o caso em que os ditos módulos são, em parte, localizados nas proximidades do componente sob monitoramento e, em parte (p. ex., o módulo de geração de alarme 36) remotamente, por exemplo, na estação remota 260.

Claims (15)

1. Método para monitorar descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: -detectar pulsos elétricos emitidos por um componente do sistema de transmissão de energia elétrica; -realizar, nos pulsos elétricos detectados, uma bateria de uma pluralidade de testes adaptados para prover cada um resultado indicativo de atividade de descarga parcial, dita pluralidade de testes cada um compreendendo um conjunto de operações de aquisição e avaliação dos pulsos elétricos detectados, ditas operações de aquisição e avaliação sendo executadas sob condições definidas por: -pelo menos 2 parâmetros de teste selecionados dentre: nível de disparo, nível de ganho de amplificação de pulso elétrico, limite de amplitude de pulso elétrico mínimo Amin, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico mínimo Pmin, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico máximo Pmax, extensão de tempo de teste T, número mínimo de limite de pulsos de descargas parciais M e -um valor numérico de ditos pelo menos 2 parâmetros de teste, a pluralidade dos testes sendo executada em sucessão um após o outro, de acordo com uma sequência de tempo predefinida e sendo iguais entre si na medida em que compreendem o conjunto de operações de aquisição e avaliação idêntico, exceto para o valor numérico assumido por pelo menos um de ditos pelo menos 2 parâmetros de teste; -repetir dita bateria de testes durante um período de tempo preestabelecido; -analisar os resultados obtidos pelas baterias de testes executados em dito período de tempo preestabelecido; e -gerar um alarme dependendo do resultado de dita análise, na presença de uma variação dos resultados das baterias executadas durante dito período de tempo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a etapa de análise compreender comparar os resultados obtidos em dito período de tempo preestabelecido pelos mesmos testes da bateria, executados em diferentes tempos de execução.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de a etapa de comparar compreender a etapa de computar, para cada uma das pelo menos duas janelas de tempo predeterminadas dentro de dito período de tempo preestabelecido, as médias de tempo dos resultados obtidos em cada janela de tempo pelos mesmos testes executados em diferentes tempos de execução.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de as médias de tempo computadas para os testes de bateria em uma de ditas pelo menos duas janelas de tempo predeterminadas serem comparadas com as médias de tempo computadas para correspondentes testes de bateria na outra de ditas pelo menos duas janelas de tempo predeterminadas.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de as operações de aquisição compreenderem pelo menos uma operação selecionada dentre: filtragem de pulso elétrico, amplificação de pulso elétrico, conversão de analógico para digital dos pulsos elétricos e disparo.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de os parâmetros de teste compreenderem um nível de ganho para amplificação de pulso elétrico e, para cada teste i-, em que l<i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, as operações de aquisição compreenderem uma operação de amplificação dos pulsos elétricos detectados, que é realizada no valor de ganho obtido pelo parâmetro de teste de nível de ganho no i-teste.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de os parâmetros de teste compreenderem um nível de disparo e, para cada i2 teste, em que 1 <i<N e N e o número dos diferentes testes da bateria, as operações de aquisição compreenderem um operação de disparo, que é realizada no valor de disparo obtido pelo parâmetro de teste de nível de disparo no i2 teste.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de as operações de avaliação compreenderem operações de comparação adaptadas para identificar possíveis descargas parciais entre os pulsos elétricos adquiridos através das operações de aquisição.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de as operações de avaliação compreenderem comparações entre valores obtidos pelos parâmetros de pulso computados em relação aos pulsos elétricos adquiridos durante execução do i2 teste, em que 1 <i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria, e valores obtidos por correspondentes parâmetros de teste no i2 teste.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de os parâmetros de teste compreenderem um limite mínimo M para o número de descargas parciais, e cada i2 teste retorna um resultado positivo quando o número de pulsos elétricos, identificados como descargas parciais, entre os pulsos elétricos adquiridos durante a execução do i2 teste, for pelo menos igual ao valor obtido no i2 teste pelo limite mínimo M, em que l<i<N e N é o número dos diferentes testes da bateria.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o i2 teste retornar um resultado negativo quando dito número de pulsos elétricos, identificados como descargas parciais, for menor do que dito valor obtido pelo limite mínimo M no i-teste.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizadopelo fato de os testes da bateria serem realizados em diferentes pulsos elétricos detectados.

13. Aparelho (1) para monitorar descargas parciais em um sistema de transmissão de energia elétrica (200), compreendendo: -pelo menos um módulo de detecção (10, 40) operativamente associado com um componente do sistema de transmissão de energia elétrica (200) para receber e detectar pulsos elétricos emitidos por ele; -um módulo de aquisição e avaliação (60), conectado a dito pelo menos um módulo de detecção (10, 40), adaptado para repetir, por um período de tempo predeterminado, uma bateria de uma pluralidade de testes nos pulsos elétricos detectados, os testes sendo executados de acordo com valores numéricos de pelo menos dois parâmetros de teste, preestabelecidos para serem pelo menos em parte diferentes entre os testes, os parâmetros de teste sendo selecionados do grupo de: nível de disparo, nível de ganho de amplificação de pulso elétrico, limite de amplitude de pulso elétrico mínimo Amin, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico mínimo Pmm, limite de parâmetro de fase de pulso elétrico máximo Pmax, extensão de tempo de teste T, número mínimo de limite de pulsos de descargas parciais M; -um módulo de geração de alarme (36) conectado ao módulo de aquisição e avaliação (60), para receber os resultados obtidos pelas baterias de testes executados em dito período de tempo preestabelecido, o módulo de geração de alarme (36) sendo adaptado para analisar os resultados de ditas baterias de testes, para detectar a presença de uma variação em ditos resultados, e adaptado para gerar um alarme na presença de dita variação, caracterizadopelo fato de os testes executados pelo módulo de aquisição e avaliação (60) serem configurados para fornecer um resultado indicativo da presença ou ausência de possível atividade de descarga parcial.

14. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de os valores numéricos dos pelo menos dois parâmetros de teste, predeterminados para serem pelo menos em parte diferentes entre os testes, serem representativos de diferentes configurações do aparelho (1).

15. Sistema de transmissão de energia elétrica (200), compreendendo: -uma pluralidade de cabos elétricos (240); -uma pluralidade de junções (230) entre os cabos elétricos; -pelo menos duas estações terminais (210, 220); caracterizado pelo fato de compreender -pelo menos um aparelho de monitoramento de descargas parciais (1) como definido na reivindicação 13, associado com um componente do sistema de transmissão de energia elétrica selecionado de ditos cabos elétricos (240), ditas junções (230) e ditas estações terminais (210, 220).

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