BRPI0913254A2 - dispositivo para disgnóstico de falhas em transformadores de distribuição e método - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA DIAGNóSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIçãO E MéTODO A presente invenção refere-se a um equipamento leve, compacto,robusto, de fácil utilização, alimentado por uma bateria, que pode, inclusive, ser a do próprio veículo automotor responsável pelo atendimento da ocorrência, para ser utilizado em campo por um eletricista, e que realiza o diagnóstico da condição operativa dos transformadores de distribuição. Estando esse transformador em uma rede cuja proteção primária tenha atuado, não há a necessidade de se desconectar o enrolamento secundário. A confiabilidade no resultado desses testes, é consideravelmente incrementada, pois o núcleo de processamento desse equipamento é baseado em inteligência computacional, obtida a partir do processamento digital de sinais realizado por software dedicado embutido em um dispositivo Controlador Digital de Sinais - DSC.

Description

DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO E MÉTODO

A presente invenção refere-se a um equipamento leve, compacto, robusto, de fácil utilização, alimentado por uma bateria, que pode, inclusive, ser a do próprio veículo automotor responsável pelo atendimento da ocorrência, para ser utilizado em campo por um eletricista, e que realiza o diagnóstico da condição operativa dos transformadores de distribuição. Estando esse transformador em uma rede cuja proteção primária tenha atuado, não há a necessidade de se desconectar o enrolamento secundário. A confiabilidade no resultado desses testes, é consideravelmente incrementada, pois o núcleo de processamento desse equipamento é baseado em inteligência computacional, obtida a partir do processamento digital de sinais realizado por software dedicado embutido em um dispositivo Controlador Digital de Sinais - DSC.

ESTADO DA TÉCNICA

Estima-se que, anualmente, são realizadas nas redes de distribuição de energia elétrica milhões de operações de fechamento de chaves fusíveis para recolocação em serviço de transformadores cuja proteção primária operou, seja por defeito interno no equipamento ou por eventos ocorridos na rede. Na grande maioria dos casos, não é possível ao eletricista identificar, apenas visualmente, o motivo da operação da proteção primária. Em função disso, para certificar-se das condições do transformador, atualmente o procedimento mais adotado para testá-lo é substituir o elo fusível danificado por um elo do tipo 1H, que é o de menor capacidade de corrente e, portanto o de atuação mais rápida. Esse procedimento implica em pelo menos dois riscos graves: a possibilidade de explosão do transformador e/ou da chave, o que pode gerar a projeção de fragmentos do transformador ou elo fusível, implicando em riscos elevados para o eletricista. Estatísticas da concessionária de energia elétrica de Minas Gerais - CEMIG mostram que o número de manobras em que podem ocorrer acidentes é da ordem 5% do número total de operações, o que indica um elevado número de operações cujo risco envolvido pode ser considerado alto. Atualmente, é necessário desconectar o secundário do transformador, para só depois religar a chave fusível; esse procedimento é extremamente demorado, e em função do número de transformadores postos em operação pelas concessionárias do serviço público de distribuição de energia elétrica, se tornaram inviáveis. A título de ilustração, cita-se a Companhia Energética de Minas Gerais, CEMIG, que no estado de Minas Gerais tem, atualmente em operação, cerca de 600.000 transformadores, sendo aproximadamente 450.000 monofásicos e 150.000 trifásicos.

A patente BR92072011 B1, depositada em 21/05/1992, intitulada TESTADOR DE TRANSFORMADOR, apresenta um aparelho portátil a ser utilizado por eletricistas para detecção de possíveis defeitos em transformadores monofásicos e trifásicos instalados em postes, e que tiveram seu dispositivo de proteção atuado. Alimentado pela bateria automotiva do veículo responsável pelo atendimento da ocorrência, o aparelho possui um circuito oscilador que alimenta o transformador sob teste com uma tensão 8V c.a., 60Hz, um relê eletrônico de corrente indicativa de presença de curto- circuito no enrolamento do transformador, um galvanômetro para monitorar a tensão induzida no enrolamento de alta tensão e verificação de continuidade desse mesmo enrolamento e um circuito de 15 kV c.c. para testar as condições de isolamento do transformador sob teste. O testador de transformador foi desenvolvido para solucionar o problema de explosão de transformadores, quando da tentativa de sua reenergização, podendo também ser utilizado para a triagem de transformadores em oficinas, laboratórios e almoxarifados.

A patente US2002057091 A1, depositada em 16/05/2002, intitulada PORTABLE TESTING DEVICE FOR TESTING TEST-PIECES OPERATED AT HIGH VOLTAGES AND/OR HIGH CURRENTS, propõe um dispositivo portátil, automático, que é usado para testar peças que operam em alta tensão e/ou alta corrente, tais como transdutores de corrente ou tensão ou transformadores.

A patente US6445196 B1, depositada em 3/09/2002, intitulada TRANSFORMER TEST CONTROL DEVICE, refere se a um dispositivo portátil, capaz de fazer ensaio em um transformador, sem o retirar do poste e sem energizar o lado de alta tensão. Ele tem dois dispositivos conectados, um GFCI - ground fault circuit interrupter - que detecta a corrente elétrica que circula pelo condutor de terra e um multímetro para medições.

A patente US2004130329 A1, depositada em 8/07/2004, intitulada METHOD FOR TESTING A TRANSFORMER AND CORRESPONDING TEST DEVICE, refere se a um método, implementado em um dispositivo portátil, para fazer ensaios em um transformador. Esse processo consiste em aplicar sinais de tensão, com freqüências diferentes, no transformador e medir seus parâmetros de saída. Desta forma, obtêm um modelo do transformador capaz de predizer o seu funcionamento. Utilizado principalmente para testar transformador de corrente.

O PCT W02009071266 A1, depositado em 11/06/2009, intitulado como DEVICE FOR TESTING TRANSFORMERS apresenta um dispositivo para testar transformadores, que utiliza um conversor estático de freqüência. O conversor estático de freqüência possui várias saídas, nas quais são conectadas em um filtro. O filtro também tem várias saídas que são conectadas a um transformador, e este é ligado ao transformador no qual serão realizados os testes.

Comparando a presente invenção com o estado da técnica supracitado, observam-se algumas vantagens, tais como: Propõe-se um dispositivo de utilização muito rápida, diminuindo-se, consideravelmente, o tempo gasto no atendimento da ocorrência. Outra vantagem é a simplicidade do manuseio do aparelho, não havendo a necessidade de um treinamento específico para operar o equipamento, pois, após conectá-lo ao transformador, basta apertar uma botoeira para que o aparelho faça todos os testes e indique a necessidade da troca ou não do transformador, ou seja, realiza um diagnóstico automático do transformador. Também não se pode deixar de citar a robustez do equipamento, já que ele tem formas de proteger todos os circuitos. Todas essas vantagens citadas irão diminuir os custos de manutenção do sistema elétrico das concessionárias de energia, já que o tempo para testar o transformador será reduzido consideravelmente e, além disso, não haverá necessidade de gastos para treinamento dos operadores. Também aumentará a segurança do eletricista, uma vez que prevenirá a ocorrência de explosões dos transformadores e/ou das chaves.

PROBLEMAS DO ESTADO DA TÉCNICA

Para contornar o problema da manutenção em transformadores de distribuição cuja proteção primária atuou, foram desenvolvidos equipamentos e metodologias de detecção de falhas em transformadores com proteção operada. Porém, essas propostas de modo geral apresentam algum tipo de ineficiência ou são muito demoradas, pois na maioria das vezes, é necessário o desligamento dos terminais do secundário do transformador. Tais procedimentos, por consumirem um tempo elevado, e em função do número de transformadores postos em operação pelas concessionárias do serviço público de distribuição de energia elétrica, se tornam inviáveis.

VANTAGENS DA TECNOLOGIA

O equipamento ora proposto é extremamente robusto e baseia-se em inteligência computacional, obtida a partir do processamento digital de sinais realizado por software dedicado embutido em um dispositivo Controlador Digital de Sinais. Além disso, apresenta as seguintes vantagens:

• Inibi a operação do equipamento mediante a detecção de sub ou sobre-tensão da fonte primária de alimentação;

• Se auto-protege, caso algum de seus blocos internos apresente algum tipo de pane. Quando algum dos circuitos apresenta alguma anomalia em seu funcionamento, os circuitos de potência são desligados e os circuitos lógicos são levados para o estado de alta impedância;

• Facilita o diagnóstico, caso alguma não conformidade interna de operação esteja em curso, agilizando o start-up e os procedimentos prévios para a realização dos testes;

• Sinaliza para o operador quando um teste é iniciado ou está em curso ou finalizado;

• Simplifica o treinamento do usuário, visto que a utilização do equipamento para os testes previstos se inicia por um simples apertar de uma botoeira e finaliza automaticamente. Acredita-se, considerando o fato de não haver a necessidade de desconexão do transformador da rede, que poderá ser obtida uma redução média de 50% no tempo necessário para testar o transformador e restabelecer o sistema. Em uma estimativa apenas para os transformadores de rede urbana, levando-se em conta que em média existem 33 consumidores conectados por transformador, obter-se-ia uma redução de cerca de 825.000 horas de interrupção por ano. E o mais importante, acrescente-se a essa significativa redução de custos operacionais, a diminuição dos riscos de acidentes.

LISTA DA FIGURAS

A figura 1 mostra o diagrama de blocos do hardware do sistema para diagnóstico de falhas em transformadores.

A figura 2 mostra o circuito esquemático do bloco entrada de energia elétrica.

A figura 3 mostra em detalhes o circuito esquemático da fonte chaveada.

A figura 4 mostra o diagrama esquemático do conversor push-pull.

A figura 5 mostra o circuito de controle e proteção do push-pull.

A figura 6 mostra o diagrama esquemático do circuito de proteção do inversor trifásico.

A figura 7 mostra diagrama esquemático do inversor trifásico.

A figura 8 mostra o diagrama esquemático correspondente ao bloco "interface visual homem máquina".

A figura 9 mostra o diagrama esquemático dos circuitos de aquisição, condicionamento e filtragem dos sinais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVEÇÃO

O "diagnóstico de falhas em transformadores" é tratado como um problema de classificação de padrões. Os sinais correspondentes às tensões utilizadas para excitar o transformador e respectivos sinais de respostas são convertidos de analógico para digital, e após processamento são gerados os padrões que são usados como sinais de entrada para o sistema de classificação. A classificação de padrões é feita através de redes Neuro-Fuzzy e Redes Neurais Artificiais. A saída do sistema de classificação informa se o transformador deve ou não ser religado. O núcleo de todo sistema proposto (figura 1), envolvendo hardware e software, está baseado na unidade central de processamento - DSP (1), que interage com o ambiente exterior por meio de circuitos apropriados utilizados para criarem as interfaces de entrada e saída dos sinais aplicados e adquiridos durante os ensaios realizados para os diagnósticos das falhas.

O dispositivo compreende um circuito capaz de se auto proteger e auto regenerar. Isso é possível porque o controlador digital de sinais (1) supervisiona todos os estágios que compõem o hardware.

O sistema pode ser alimentado por uma bateria específica para este fim ou pela bateria do veículo automotor destinado a atender a ocorrência. Desse modo, a tensão em corrente contínua, proveniente da bateria, é medida pelo bloco entrada de energia elétrica (2) e caso a tensão medida dessa fonte viole os limites de sub ou sobretensão pré-definidos para operação segura, todo o hardware se torna inabilitado para o funcionamento.

A histerese necessária para se criar uma janela com limites mínimos e máximos para a tensão fornecida pela bateria é conseguida a partir da malha de realimentação positiva obtida com a colocação de um resistor entre a saída e a entrada não inversora do comparador visto na figura 2.

O acionamento de partida é manual (figura 2). Porém, a menos que ocorra uma situação de emergência, o desligamento é feito segundo a execução de uma rotina pelo controlador digital de sinais (1), que desliga todos os demais circuitos antes de aplicar a tensão de nível alto à entrada, levando ao desligamento total de todo hardware. Esse procedimento busca garantir que o controlador digital de sinais (1) será desligado após a execução de algumas rotinas, quando então são removidos todos os conteúdos remanescentes das memórias.

Quando a tensão da bateria está dentro dos limites propícios ao funcionamento de todo o hardware, o bloco das fontes simétricas e isolação galvânica dos circuitos de medição, condicionamento e processamento dos sinais (3-4) são energizadas a partir do fechamento do relê RLY2. Essas fontes simétricas constituem as saídas de uma fonte chaveada de topologia flyback, (figura 3), cujo desligamento é assistido pelo DSC (1), mediante habilitação pelo usuário.

Com o pleno funcionamento do circuito flyback, o DSC (1) assume a energização do hardware restante e a característica de robustez é transferida para o software existente no DSC (1).

Estabelecidas todas as fontes necessárias à alimentação dos circuitos de baixas tensões (tensões positivas de + 5 e + 15 volts e tensão negativa de - 15 volts), o DSC (1) prepara a energização do bloco conversor cc/cc e barramento de 300 volts (5-15), onde possui um circuito inversor responsável por alimentar o barramento em tensão contínua de 300 volts (9). Escolheu-se a topologia push-pull para operar como circuito conversor, com partida.

Para o conversor push-pull projetado e montado, os parâmetros monitorados são: o nível da tensão de alimentação, os tempos de condução de cada um dos transistores, os níveis das correntes nos enrolamentos primários e por fim o nível da corrente contínua drenada pelo circuito de entrada do inversor trifásico conectado ao barramento de 300 volts em corrente contínua (9). O circuito de comando do conversor push-pull mantém uma linha de comunicação bidirecional com o circuito do DSC (1). Desse modo, uma não conformidade no funcionamento do push-pull é sinalizada ao DSC (1), e este reinicia os procedimentos de partida de todo o circuito. Caso a não conformidade se mantenha, o DSC (1) inibe permanentemente o funcionamento de todo o hardware. Por outro lado, havendo não conformidades em qualquer outro setor do hardware, o DSC (1) através dessa linha de comunicação bidirecional, imediatamente inibe o funcionamento do conversor push-pull, protegendo o hardware de danos mais sérios e resguardando a bateria à qual o equipamento esteja conectado (Figuras 4 e figura 5).

Uma vez energizado e estabilizado o barramento de 300 volts em corrente contínua (9), o DSC (1), via software, prepara o circuito inversor (17) para entrar em operação. Inicialmente são verificados os sensoreamentos de sobrecorrentes nos braços do circuito inversor e sobretemperatura do encapsulamento desse circuito. Quando os sinais de tensão provenientes desses sensores estão abaixo do valor limite, o DSC (1) habilita simultaneamente as saídas digitais dos sinais modulados por largura de pulso que irão comandar o inversor trifásico (17).

O estágio inversor trifásico (17) e o circuito de excitação e proteção do inversor (16) são bastante robustos, devido a interação entre o hardware e o software. Compõe ainda este estágio de saída o filtro passa baixas passivo (18).

Verificadas não conformidades no circuito inversor (17), imediatamente o DSC (1) inibe todas as saídas de comandos que poderiam contribuir para a manutenção dessas não conformidades. Caso, por exemplo, se por algum motivo espúrio ou não, o DSC (1) envia pulsos concomitantes às duas chaves de um mesmo braço do circuito inversor (17), o detector de pulsos cruzados do hardware (16) automaticamente evita que essa não conformidade se concretize (figura 6).

Observa-se a existência de sinais originados a partir do hardware e também outros que são criados via software (figura 6). O circuito foi desenvolvido de tal forma que o DSC (1) é capaz de detectar se houve ou não falta de operação do inversor trifásico (17), qual a origem e o tipo de falta ocorrido. Por outro lado, o software existente no DSC (1), é capaz de interferir na lógica de funcionamento do circuito de proteção, caso sejam detectados problemas no funcionamento do restante do hardware.

A proteção por hardware é incrementada por um circuito lógico por onde atravessam os pulsos de disparos do inversor (figura 7). Trata-se de um componente com oito amplificadores e excitadores de linha com saídas em três estados, dos quais seis linhas são usadas para interfacear o DSC (1) e o módulo do inversor trifásico(17). Em caso de falta no funcionamento do hardware, as saídas dos pulsos do DSC (1) para o inversor são imediatamente isoladas do inversor trifásico (17), através da aplicação de nível alto à entrada "inibe TRISTATE". Estando essa entrada em nível alto, as saídas dos excitadores de linha são levadas para o estado de alta impedância. Quando isso acontece, os resistores de "pull up" ligados às entradas do módulo inversor, atuam no sentido de levar os seis transistores IGBT que constituem o inversor trifásico para o estado de corte. É importante ressaltar que a tensão de nível alto aplicada à entrada "inibe TRISTATE" (figura 7), corresponde à saída de um "OU lógico" cujas entradas ou são falhas de hardware ou são falhas detectadas por software.

Uma vez em operação, o inversor trifásico (17) sintetiza as tensões de saída a partir dos pulsos modulados em largura, provenientes do DSC (1). Contudo, essas tensões sintetizadas são ricas em harmônicos devido à freqüência de chaveamento desses pulsos. Desse modo, para filtrar as tensões senoidais de baixa freqüência necessárias aos ensaios dos tranformadores, foi acrescentado à saída do inversor trifásico um filtro LC, passa-baixas passivo de segunda ordem (18) (figura 7).

O equipamento também dispõe de um bloco denominado "interface visual homem máquina" (19). Essa interface constitui-se de LEDs (Diodos emissores de Luz) utilizados para sinalizarem as diversas etapas do processamento, bem como para o resultado dos testes, e de um transdutor eletroacústico do tipo piezo elétrico, utilizado para sinalizar sonoramente o momento em que um procedimento de teste tem início e ainda como sinal redundante ao LED que sinaliza que um transformador sob teste foi reprovado para voltar a ser religado (figura 8).

As tensões geradas pelo inversor trifásico (17) e filtradas pelo filtro LC (18) são utilizadas para a realização dos ensaios para detecção e diagnóstico das falhas dos transformadores cuja proteção tenha operado. Contudo esses ensaios são feitos mediante o processamento matemático envolvendo os valores numéricos das tensões aplicadas e das correntes circulantes nos enrolamentos primários e secundários. Desse modo torna-se necessário à aquisição e o condicionamento dos sinais (20-21) correspondentes a estes parâmetros.

A tomada trifásica (22) fornece a energia necessária para as realizações dos ensaios dos transformadores. As tensões fase-fase disponíveis nesta tomada podem, mediante modulação PWM, atingir 220 volts eficazes. Nestas condições a potência trifásica disponível para os ensaios alcança 150 watts. Neste estágio (20-22), são monitoradas as três tensões geradas, as três correntes injetadas nos enrolamentos primários e as três correntes circulantes nos enrolamentos secundários.

Para atenuar as interferências eletromagnéticas e também eliminar o falseamento de amostras, provocados pelo chaveamento de alguns dispositivos, foram introduzidos filtros analógicos "anti-aliasing" (21) em todos os canais de aquisição e condicionamento dos sinais. São utilizados nove canais para aquisição dos sinais correspondentes às tensões e correntes alternadas e mais dois canais para monitoramento da tensão e corrente no barramento de 300 volts em corrente contínua (9) que alimenta o inversor trifásico (17); totalizando onze canais, e todos eles são providos de filtros com as mesmas características de atenuação dos sinais de freqüências indesejáveis (figura 9). Na figura 9, mostram-se apenas três dos 11 canais, sendo respectivamente, os circuitos para as medições das correntes circulantes nos enrolamentos secundários, das correntes injetadas nos enrolamentos primários e das tensões aplicadas a esses mesmos enrolamentos primários. Cada canal é composto por quatro amplificadores operacionais, sendo os dois primeiros destinados aos ajustes de ganho e "offset". Este ajuste de "offset" aplicado simultaneamente a todos os canais tem como objetivo deslocar de 1,5 volts os sinais correspondentes às tensões e correntes medidas, adequando-os aos níveis aceitos pelo conversor analógico- digital do DSC (1). Os dois últimos amplificadores operacionais de cada canal constituem os filtros "anti-aliasing" de quarta ordem, com freqüência de corte em aproximadamente 600 Hz. Trata-se de um filtro com topologia MFB do tipo Buttenworth.

O bloco (23-27) compõe a parte do hardware destinada aos ensaios impulsivos para verificar a suportabilidade dos isolamentos dos transformadores. Devido à presença de altas tensões, os sinais depois de serem medidos e condicionados, serão modulados em freqüência e enviados ao DSC (1) através de fibra óptica (27). O software também se comunicará com esse estágio através de sinais enviados por fibra óptica (27). Essa comunicação se dará de forma lógica, visando comandar e controlar os circuitos geradores e conformadores de ondas impulsivas de alta tensão. A isolação galvânica com o restante do circuito será obtida através do uso de fibras ópticas (27) e dos indutores acoplados magneticamente da fonte flayback que alimentará todos os circuitos desse estágio (23-26).

Utilizam-se ondas que simulam descargas atmosféricas para verificar a condição de isolamento do transformador. Então, para fazer a aquisição digital dos sinais correspondentes às tensões de testes, necessita-se de um hardware com uma elevada taxa de amostragem, para que não se percam os fenômenos transitórios que surgem durante os ensaios. Além disso, como as tensões envolvidas são geralmente altas, se faz necessário um circuito condicionador que atue tão rapidamente quanto possível, adequando os níveis dos sinais aquisitados, sem introduzir atrasos nas componentes de freqüências desejáveis.

O método utilizado para detecção de faltas consiste em obter a função de transferência do transformador. Para obtê-la, utiliza-se um sistema de identificação que observará as formas de onda das saídas com base nas ondas das entradas, modelando assim a função de transferência do transformador sem falta. Caso ocorra uma falta, o sistema apresentará formas de ondas diferentes das esperadas e com isso, encontra-se uma nova função de transferência. Havendo falta, será possível determinar o tipo de falta do sistema, visto que se conhecia qual era a função de transferência esperada para o sistema.

Existe um software embarcado no dispositivo que contêm uma estrutura simples, composta basicamente de duas partes: o Fluxo Principal e o Fluxo de Interrupção.

No Fluxo Principal, realizam-se as seguintes atividades, por ordem cronológica:

1. Iniciação e configuração do DSC (1) e de seus módulos periféricos;

2. Monitoramento dos testes:

a. Indicação da realização dos testes;

b. Habilitação da realização dos testes; c. Energização dos diversos circuitos constituintes do hardware, necessários à realização dos testes;

d. Monitoramento tratamento e remoção de faltas ocorridas no hardware;

3. Finalização e cálculo dos resultados dos testes:

a. Desligamento dos módulos do equipamento necessários somente para a realização dos testes;

b. Cálculo dos valores finais das medições feitas durantes os testes;

c. Obtenção do resultado final dos testes;

d. Indicação do término dos testes e apresentação do resultado final.

No fluxo de interrupção, são realizadas as seguintes atividades, por ordem cronológica:

2. Se a medição está habilitada:

a. Adquire-se o valor da amostragem feita em cada sinal;

b. Calcula-se o valor médio de cada sinal;

c. Remove-se o valor médio (componente DC) das amostras dos sinais aquisitados e calculam-se os valores eficazes desses sinais;

d. Estando a aquisição de dados para os testes habilitada:

i. Até que se atinja 64 valores diferentes, acumula-se em memória os valores eficazes dos sinais medidos para o cálculo do resultado final dos testes.

e. Caso a geração de pulsos PWM esteja habilitada:

i. Colocam-se as saídas de PWM no estado inicial;

ii.Verifica-se se as condições de teste foram atingidas. Se não foram atingidas, incrementa-se a amplitude da modulante senoidal sintetizada.

f. E se a geração de PWM não estiver habilitada:

i. Bloqueia-se as saídas de pulsos PWM;

ii. Zera-se a amplitude da modulante senoidal sintetizada;

iii. Desabilita-se a aquisição de dados para os testes.

3. Se a medição não está habilitada:

a. Bloqueiam-se as saídas de pulsos PWM;

b. Anula-se a amplitude da modulante senoidal sintetizada; c. Desabilita-se a aquisição de dados para os testes;

d. Interrompe-se a geração dos pulsos PWM.

4. Para a geração dos Pulsos modulados em largura - PWM:

a. Calculam-se as durações dos pulsos;

b. Ajustam-se os valores dos registradores do DSC (1) responsáveis pela geração dos pulsos.

5. Reinicia-se o conversor AD.

6. Faz-se o reconhecimento do atendimento da interrupção.

A iniciação do DSC (1) consiste basicamente em:

• Estabelecer valores numéricos para os registradores que definirão as funções dos pinos do DSC (1) para trabalharem como entrada ou saída;

• Definir a forma como o conversor AD vai funcionar. Para o presente projeto ele funciona de forma seqüencial, ou seja, converte um sinal de cada vez e quando a conversão de um canal acaba automaticamente ele começa a conversão do próximo;

• Indicar o número de canais dos multiplexadores que antecedem o conversor AD, que serão utilizados;

• Fixar a freqüência de operação da modulação PWM.

• E finalmente, configurar as interrupções.

Calculadas as pseudo-relações de transformação, verifica-se se elas se encontram dentro dos limites aceitáveis. Caso positivo, o religamento do transformador pode ser realizado. Caso negativo, o religamento NÃO PODE ser realizado. Esse resultado então é indicado através de LEDs ao operador do equipamento. As cores dos LEDs, quando eles estão acesos, têm os seguintes significados:

• LED amarelo aceso fixo: Equipamento em funcionamento.

• LED azul piscando: Realizando testes.

• LED verde piscando: Transformador pode ser religado.

• LED vermelho piscando, concomitantemente à emissão de aviso sonoro intermitente: Transformador NÃO PODE ser religado.

No Fluxo de Interrupção, basicamente o que se faz é: • Adquirir novos valores de amostras dos sinais e descartar os valores mais antigos;

• Fazer o cálculo dos valores necessários à modulação PWM;

• Calcular os valores médios dos sinais AC e DC e os valores eficazes dos sinais AC;

• E estabelecer a condição de teste para o equipamento.

A aquisição e descarte de valores de amostras se dá da seguinte forma:

1. Quando um novo valor é disponibilizado pelo conversor A/D;

2. O valor mais antigo no vetor de amostras brutas é substituído pelo novo valor;

3. Ao novo valor é aplicado um filtro digital de média, que fornecerá o novo valor de amostra filtrada.

4. O valor mais antigo no vetor de amostras é descartado e em seu lugar o novo valor, já filtrado, é colocado.

O estabelecimento da condição de teste para o equipamento se dá da seguinte maneira:

1. Aplica-se uma tensão senoidal de pequena amplitude ao transformador e medem-se os valores das tensões entre fases e das correntes de linha no primário e as correntes de fase no secundário;

2. Aguarda-se um intervalo de tempo para estabilização do sistema equipamento/transformador;

3. Se alguma das tensões primárias, ou alguma das correntes primárias, ou secundárias atingirem o valor de teste, a aquisição de dados para os testes é habilitada. Caso contrário incrementa-se a tensão aplicada ao transformador e volta-se ao passo 2.

Exemplos de utilização

Na Tabela 1 estão tabulados os transformadores monofásicos e trifásicos testados. Foram ensaiados onze transformadores trifásicos e dezessete transformadores monofásicos. Os transformadores são identificados por um número de série, que estão dispostos em ordem crescente na primeira coluna da tabela. A quarta coluna da Tabela 1 mostra qual o estado de funcionamento do transformador depois dos testes. Todos os transformadores que estão com falha, foram retirados da rede de distribuição da concessionária de energia elétrica de Minas Gerais por apresentarem falhas na operação. Os transformadores sem falha foram testados antes de serem ligados na rede de distribuição. Ao final desta fase de ensaios de campo, pode-se concluir que houve 100% de acertos nos resultados apresentados na quarta coluna da Tabela 1, validando hardware, software e obviamente a interação de ambos.

Tabela 1: Relação dos transformadores monofásicos e trifásicos ensaiados em campo.

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Claims (12)

1. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO caracterizado por compreender: a) bloco entrada de energia elétrica; b) bloco fontes simétricas e isolação galvânica dos circuitos de medição, de condicionamento e de processamento de sinais; c) bloco conversor cc/cc e barramento de 300 VDC; d) bloco inversor trifásico; e) bloco interface visual homem-máquina; f) bloco aquisição e condicionamento de sinais de correntes de tensões; g) bloco ensaios de alta tensão e de alta freqüência; h) software de comunicação; i) bloco controlador digital de sinais (DSP).

2. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por realizar o diagnóstico da condição operativa do transformador sem retirá-lo do sistema de energia elétrica.

3. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item a compreender conectores para ligação à uma fonte DC, botão para ligar o dispositivo, botão para iniciar os testes e chave para seleção do tipo de transformador a ser testado.

4. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item b compreender um detector de sub ou sobre tensão proveniente da bateria, uma isolação galvânica dos circuitos de medição, condicionamento e processamento de sinais, um conversor cc/cc e alguns circuitos temporizadores para alimentação do DSP.

5. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item c compreender detector de sub ou sobre tensão proveniente da bateria, conversor cc/cc, sistema de proteção do conversor cc/cc, sistema de controle do conversor cc/cc, comunicação bidirecional entre o conversor e DSP, barramento de 300 VDC, sensores, proteção monitorada dos níveis de tensão e corrente no barramento DC.

6. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo conversor cc/cc compreender partida suave, desligamento, circuito de excitação e chaveamento de alta frequênicia, circuito snubber, circuito slope compensation, transformador elevador para trabalhar em altas freqüências, retificador ultra rápido, circuito de filtro para correntes contínuas, indutor e monitoramento para o encerramento do circuito de excitação.

7. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item d compreender inversor trifásico, circuito de excitação do inversor trifásico, circuito de proteção do inversor trifásico e filtro passa baixas passivo.

8. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item e compreender diodos emissores de luz (LEDS) para sinalização do funcionamento do dispositivo e transdutor eletroacústico.

9. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item f compreender sistema para aquisição dos sinais, sistema para condicionamento dos sinais, tomada trifásica, conectores, sistema para monitorar as tensões e as correntes injetadas nos enrolamentos primários e sistema para monitorar as tensões e as correntes circulantes nos enrolamentos secundários.

10. DISPOSITIVO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo item g compreender fonte assimétrica, isolação galvânica dos circuitos de medição em alta tensão, circuito de comando, de aquisição e de condicionamento, circuito elevador e conformador de onda de alta tensão, saída de alta tensão e conectores.

11. MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, caracterizado por compreender software embarcado no dispositivo com fluxo principal que realiza as seguintes atividades: a) iniciação e configuração do DSC (1) e de seus módulos periféricos; b) monitoramento dos testes: i. indicação da realização dos testes; ii. habilitação da realização dos testes; iii. energização dos diversos circuitos constituintes do hardware, necessários à realização dos testes; iv. monitoramento tratamento e remoção de faltas ocorridas no hardware; c) finalização e cálculo dos resultados dos testes: i. desligamento dos módulos do equipamento necessários somente para a realização dos testes; ii. cálculo dos valores finais das medições feitas durantes os testes; iii. obtenção do resultado final dos testes; iv. indicação do término dos testes e apresentação do resultado final.

12. MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender um fluxo de interrupção que realiza as seguintes atividades: a) adquire novos valores de amostras dos sinais e descarta os valores mais antigos; b) calcula os valores necessários à modulação PWM; c) calcula os valores médios dos sinais AC e DC e os valores eficazes dos sinais AC; e) estabelece a condição de teste para o equipamento.