BR102013030344A2 - sistema de detecção de falha elétrica e método de detecção de falha elétrica - Google Patents

Abstract

sistema de detecção de falha elétrica e método de detecção de falha elétrica. um sistema de detecção de falha elétrica (2) inclui uma unidade de transformador subterrâneo (20) tendo um gabinete (21) e um elemento de barramento elétrico (36), que se estende do gabinete, e um aparelho sensor acústico (2) operativamente acoplado a uma estrutura externa do gabinete ou a um elemento barramento elétrico. o aparelho sensor acústico é estruturado para: (i) detectar um sinal acústico dentro do gabinete; (ii) analisar o sinal acústico detectado, e determinar se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (etc); e (iii) em resposta à determinação de o sinal acústico detectado ser indicativo de uma falha elétrica, emitir uma mensagem indicando que falha foi detectada.

Description

"SISTEMA DE DETECÇÃO DE FALHA ELÉTRICA E MÉTODO DE DETECÇÃO DE FALHA ELÉTRICA" Campo da Invenção O conceito descrito relaciona-se geralmente a um transformador subterrâneo, e, em particular, a um sistema e método de detecção de falhas elétricas em transformadores subterrâneos, usando tecnologia de sensoreamento acústico. Histórico da Invenção Transformadores subterrâneos são usados em linhas de distribuição subterrâneas para baixar a voltagem primária mais alta para uma voltagem secundária mais baixa na linha que é suprida aos consumidores. Em geral, há três tipos diferentes de transformadores subterrâneos: i) transformadores montados em plataforma, onde o gabinete do transformador (gabinete que aloja o transformador) é montado em uma plataforma no nivel do solo, e operado/ acessado por uma pessoa postado ao lado; (ii) transformadores subterrâneos, onde o gabinete de transformador (gabinete que aloja o Lransforraador) é instalado no subsolo, e inclui uma tampa removível, de modo a permitir acesso a um técnico no nível do solo, junto do gabinete aberto; e (iii) transformadores do tipo caverna, onde o gabinete do transformador (gabinete que aloja o transformador) é instalado em uma caverna de concreto subterrânea, cujo acesso é feito por meio de uma porta de inspeção provida no topo (diretamente da rua) . Frequentemente, em tais transformadores, uma mídia de fluido de resfriamento, tal como, sem limitação, óleo (outras possibilidades incluem silicone e composto vegetal FR3 de temperatura muito alta). Também, é possível, no entanto, que o gabinete do transformador não seja cheio com uma mídia de fluído de resfriamento. A deterioração de juntas elétricas, a qualidade da mídia de fluído (se houver) e/ou materiais isolantes dentro do transformador subterrâneo frequentemente pode levar a falhas elétricas, incluindo superaquecimento de juntas elétricas e/ou descargas parciais. Se estes tipos de falhas elétricas não forem detectados e impedidos, tais falhas podem vir a ocasionar incêndios e/ou explosões nos transformadores. Correntemente, não há nenhuma tecnologia ou produto efetivo de técnica anterior, que permita um monitoramento e detecção em regime continuo de falhas elétricas em transformadores subterrâneos (e.g. em um regime 24-7, i.e. 24 horas por dia, e 7 dias por semana). É prática comum inspecionar transformadores subterrâneos em regime de manutenção regular. Em adição, é também conhecido a colocação de sensores de temperatura e detectores de fumaça em gabinetes de transformador e/ou cavernas de transformadores, para monitorar temperatura e detectar fumaça e/ou fogo, em caso de incidente de falha induzida. Estas tecnologias, no entanto, não são capazes de detectar juntas elétricas superaquecidas e/ou descarga parcial em transformadores subterrâneos, até que seja muito tarde.

Sumário da Invenção Estas necessidades e outras mais serão atendidas pelas configurações do conceito descrito, que são dirigidas a um sistema e método de detecção de falhas elétricas em uma unidade de transformador subterrânea, usando uma tecnologia de sensoreamento acústico.

Em uma configuração, um sistema de detecção de falha elétrica é provido, incluindo uma unidade de transformador subterrânea tendo um gabinete (e.g. som limitação, cheio de liquido para resfriamento) e um elemento de barramento elétrico, que se estende do gabinete, e um aparelho sensor acústico operativamente acoplado a uma estrutura externa do gabinete ou a um elemento de barramento elétrico. O aparelho sensor acústico é estruturado para: (i) detectar um sinal acústico dentro do gabinete; (ii) analisar o sinal acústico detectado, e determinar se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); e (iii) em resposta à determinação de que o sinal acústico detectado indica uma falha elétrica, emitir uma mensagem, indicando que uma falha foi detectada.

Em outra configuração, um mctodo de detecção de falhas elétricas em uma unidade de transformador subterrânea é provido. O método inclui: detectar um sinal acústico na unidade de transformador subterrânea, em uma posição externa à unidade de transformador subterrâneo; analisar o sinal acústico detectado, e determinar que o sinal acústico detectado indica uma falha elétrica na unidade de transformador subterrâneo, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); e, em resposta à determinação de que o sinal acústico detectado indica uma falha elétrica, gerar uma mensagem indicando que uma falha foi detectada.

Descrição Resumida dos Desenhos Um pleno entendimento do conceito descrito pode ser obtido a partir da descrição que se segue de configurações preferidas, quando tomadas em conexão com os desenhos anexos, nos quais: As figuras 1 e 2 são diagramas esquemáticos de um sistema de detecção de falha, para detectar uma falha em um gabinete de disjuntor de alta tensão de transformadores subterrâneos, de acordo com uma configuração exemplar da presente invenção; A figura 3 é um diagrama esquemático de um aparelho sensor acústico do sistema das figuras 1 e 2, de acordo com uma configuração particular exemplar nâo-limitante; e As figuras 4A a 4B são fluxogramas ilustrando uma rotina para detectar falhas a partir de sinais acústicos detectados, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC), de acordo com uma configuração exemplar da presente invenção, que pode ser implementado no sistema das figuras 1 e 2.

Descrição das Configurações preferidas Os termos direcionais usados nesta, tal como, por exemplo, "esquerda", "direita", "frente", "atrás", "topo", "base" e derivativos se relacionam à orientação dos elementos mostrados nos desenhos, e não limitam as reivindicações, a menos que expressamente indicado.

Como usado nesta, quando a especificaçao diz que duas partes estão acopladas, isto significa que as partes podem estar ligadas quer diretamente ou indiretamente através de uma ou mais partes intermediárias.

Como usado nesta, o termo "número" se refere a "Um" ou a um número inteiro maior que Um (i.e uma pluralidade).

As figuras 1 e 2 são diagramas esquemáticos (vistas frontal e lateral, respectivamente) de um sistema de detecção de falha 1, de acordo com uma configuração exemplar da presente invenção. Como visto nas figuras 1 e 2, o sistema de detecção de falha 1 inclui um gabinete de disjuntores de alta tensão 20 para um transformador subterrâneo usando um número de aparelhos sensores acústicos 2, que são acoplados ao gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo. Embora configurações especificas da invenção descritas aqui se relacionem e incluam um gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo, deve ser apreciado que o conceito descrito aqui também pode ser aplicado a outros tipos de gabinete, que façam parte de uma unidade de transformador subterrâneo. Em adição, na configuração ilustrada, o gabinete de disjuntores de alta tensão 20 para um transformador subterrâneo faz parte de um transformador tipo caverna, embora deva ser entendido que outros tipos de transformadores subterrâneos, incluindo transformadores montados em plataformas, e transformadores do tipo subterrâneo, também são contemplados dentro do escopo da presente invenção. Gabinetes de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo incluem um gabinete 21 compreendendo duas câmaras, especificamente uma câmara de terminal 22 que aloja os componentes do transformador (e.g. terminais de entrada) de gabinetes de disjuntores de alta tensão 20 de transformador subterrâneo, e câmara de disjuntor 24 que aloja o conjunto de disjuntor de segurança do gabinete de disjuntores de alta tensão transformador subterrâneo 20. Ambas, câmara de terminal 22 e câmara de disjuntor 24 na configuração exemplar, são preenchidas com um fluido, tal como óleo, e cada uma delas inclui a respectiva válvula dreno 26, 28, para drenar o fluido (deve ser entendido, no entanto, que também é possível que o gabinete 21 não seja preenchido com fluído de resfriamento) . Como visto nas figuras 1 e 2, a câmara de terminal 2 é disposta no topo da câmara de disjuntor 24, e os elementos de barramento elétrico 36A, 36B, 36C se estendem da câmara de terminal 22. A câmara de disjuntor 24 é fixada à câmara suporte 30. Em adição, a câmara de terminal 22 inclui uma tampa de câmara de terminal 32, e a câmara de disjuntor 24 inclui uma tampa de câmara de disjuntor 34.

Como visto nas figuras 1 e 2, um número de aparelhos sensores acústicos 2, descritos em detalhes em algum lugar nesta, são operativamente acoplados (e.g. acoplados fisicamente) à estrutura externa do gabinete 21 e/ou um ou mais dos elementos de barramento elétrico 36A, 36B, 36C por qualquer número de fixadores adequados. Na configuração exemplar não limitante ilustrada, o sistema de detecção de falha 1 inclui seis aparelhos sensores acústicos 2, denominados 2-1 a 2-6, nas figuras 1 e 2. Em particular, como visto nas figuras 1 e 2, o aparelho sensor acústico 2-1 é parafusado ou fixado a um pino existente 38 na tampa de câmara de terminal 32 e o aparelho sensor acústico 2-2 é parafusado ou fixado a um pino existente 40 na tampa de câmara de disjuntor 34. O aparelho 2-3 deve ser fixado à superfície/ parede externa da tampa de câmara de disjuntor 34, usando, por exemplo, um magneto permanente, ou algum outro mecanismo de acoplamento adequado. Similarmente, o aparelho sensor acústico 2-4 é acoplado à superfície/ parede externa da câmara de disjuntor 24 usando, por exemplo, um magneto permanente ou outro mecanismo de acoplamento adequado, e o aparelho sensor acústico 2-5 é fixado à superfície/ parede externa da câmara de terminal 22 usando, por exemplo, um magneto permanente ou algum outro mecanismo de acoplamento adequado. Finalmente, o aparelho sensor acústico 2-6 é fixado ao elemento de barramento elétrico 36A, usando, por exemplo, um magneto permanente, um fixador, ou algum outro mecanismo de acoplamento adequado. Como deve ser apreciado, mais ou menos aparelhos sensores acústicos 2 (em comparação com a situação mostrada nas figuras 1 e 2) podem ser empregados dentro do escopo da invenção.

Como será descrito em grandes detalhes adiante nesta, cada um dos aparelhos sensores acústicos 2 é estruturado para detectar um sinal acústico provindo do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo, e analisar o sinal acústico detectado para determinar se o sinal acústico é indicativo de uma falha em juntas elétricas superaquecidas e/ou uma descarga parcial dentro do gabinete de disjuntores de alta tensão de transformador subterrâneo 20. Como nas figuras 1 e 2, cada um dos aparelhos sensores acústicos 2 faz comunicação eletrônica (cabeada ou sem fio) com um centro de monitoramento remoto computadorizado 42, e cada um dos aparelhos sensores acústicos é estruturado para enviar informação a um centro de monitoramento remoto 42 indicando o estado de falha do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 do transformador subterrâneo. Na configuração exemplar, cada um dos aparelhos sensores acústicos 2 capta o sinal acústico gerado por juntas elétricas superaquecidas, descarga parcial, ou arcos que se propagam nos cabos elétricos, barramentos, e fluído dentro do gabinete 21 do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 do transformador subterrâneo. O aparelho sensor acústico 2 analisa o sinal acústico usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC) para determinar se o sinal acústico é induzido por falhas elétricas, ao invés de outros fenômenos ou atividades, tal como um zumbido no enrolamento do transformador. Como usado nesta, o termo "algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC)" se refere a um método de detecção, com base no perfil de onda acústica e correlação entre frequência de onda e frequência de energia elétrica. Em resposta à detecção de falha elétrica, o aparelho sensor acústico 2 envia uma mensagem ao centro de monitoramento remoto (quer via. cabeada ou RF sem fio). A mensagem pode incluir, sem limitação, um ou mais informações de: (i) falha detectada; (ii) ID de sensor; (iii) intensidade de sinal acústico (ou valor de pico) ; e (iv) tempo do valor de pico detectado. A figura 3 é um diagrama esquemático de um aparelho sensor acústico 2, de acordo com uma configuração exemplar particular não-limitante. O aparelho sensor acústico 2, mostrado na figura 3, também está descrito em detalhes na Publicação de Pedido de Patente US N° 2012/0095706 do depositante desta, e incorporada nesta por referência, em sua integralidade. Referindo-se à figura 3, o aparelho sensor acústico 2 inclui um alojamento, e.g., alojamento de sensor e estrutura de montagem 4, fixador 6 estruturado.para fixar pelo menos o alojamento 4 à porção do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo, a qual o aparelho sensor acústico 2 está operativamente acoplado, e sensor acústico, e.g., o elemento piezo-elétrico 10 estruturado para detectar sinal acústico do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de transformador subterrâneo e emitir o sinal 12, e um circuito, e.g., o circuito eletrônico exemplar 14, estruturado para detectar uma falha elétrica 16 a partir do sinal 12. 0 aparelho sensor acústico exemplar 2 inclui alojamento de sensor e estrutura de montagem 4 exemplar, fixador 6, elemento piezo-elétrico 10, pré-carga opcional 154, circuito eletrônico exemplar 14, que emite o sinal de falha elétrica 16, indicador de falha 158, dispositivo de comunicação, tal como um transceptor cabeado, transmissor cabeado ou sem fio, ou transceptor sem fio 160 incluindo uma antena 161, e fonte de energia elétrica 162. A pré-carga 154, que não é requerida, comprime o elemento piezo-elétrico 10 sob pressão, em sua montagem. O termo "pré-carga" significa que o elemento piezo-elétrico 10 é comprimido ou colocado sob pressão em sua montagem. A pré-carga 154 no elemento piezo-elétrico 10 exemplar, pode ser aplicada, por exemplo, sem limitação, por um elemento de compressão, e.g., mola de compressão carregada. O alojamento de sensor e estrutura de montagem 4 é adequadamente fixada em 164 à porção do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de transformador subterrâneo, ao qual o aparelho sensor acústico 2 é operativamente acoplado. O elemento piezo-elétrico exemplar 10 é acoplado àquela porção, por meio um espaçador isolante adequado (não mostrado). Por exemplo, o alojamento de sensor e estrutura de montagem 4 é fixado (sem limitação, parafusados) à estrutura externa do gabinete 21, e/ou a um ou mais dos elementos de barramento elétrico 36A, 36B e 36C, como descrito nesta.

Embora a fonte de energia elétrica 162 seja mostrada como uma fonte de energia elétrica parasitica exemplar (e.g., sem limitação, empregando um transformador de corrente (CT) (não mostrado)) que provê energia elétrica a partir dos barramentos ou cabos, que conectam o gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de transformador subterrâneo, contudo, deve ser apreciado que uma pluralidade de fontes de energia elétrica, tal como, uma rede de suprimento de energia ou um banco de baterias, também pode ser empregada. O transceptor sem fio 1 60 provê uma capacidade de comunicação sen fio adequada (e.g., sem limitação, IEEE 802.11; IEEE 802.15.4, outros transceptores ou transmissores sem-fio adequados) para comunicar a detecção de uma falha elétrica a outra localização (e.g., sem limitação, a um centro remoto de monitoramento 42) para alertar uma falha elétrica e sua localização ao pessoal de manutenção.

Como visto na figura 3, circuito eletrônico exemplar 14 inclui um circuito de entrada buffer 174, que recebe sinal de sarda 12 (e.g., um sinal acústico) a partir do elemento piezo-elétrico 10, em um circuito amplificador 178, através de um filtro passa-banda 180, detector de pico 181, e processador 182. Um circuito de recomposição (reset) 184 pode recompor (zerar) o circuito eletrônico 14, depois de uma falta de energia causada pelo fato de a fonte de suprimento de energia parasitica 162 receber energia elétrica insuficiente. O elemento piezo-elétrico 10 detecta sinais acústicos que se propagam através da estrutura externa do gabinete 21 e/ou em um ou mais dos elementos de barramento elétrico, e emite o sinal 12 para o circuito de entrada de buffer 174 que, por sua vez, emite um sinal de voltagem ao circuito amplificador 178. O sinal de voltagem é amplificado pelo circuito amplificador 178, que emite um segundo sinal. O segundo sinal pode ser filtrado pelo filtro passa-banda 180 e inserido pelo detector de pico 181, que detecta um sinal de pico e o emite como terceiro sinal. 0 terceiro sinal é analisado por uma rotina 250 do processador 182, para detectar a falha elétrica do mesmo. Isto determina se uma falha elétrica, tal como uma falha provocada por juntas elétricas superaquecidas e/ou descarga parcial, ocorre dentro do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo. Como indicado em algum lugar, a rotina 250 do processador 182 analisa o sinal acústico usando o algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC) para determinar se o sinal acústico é induzido por uma falha elétrica, ou por algum outro fenômeno ou atividade, tal como zumbido do enrolamento do transformador.

Referindo-se às figuras 4A a 4B, a rotina 250 para o processador 182, usando o algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC) , de acordo com uma configuração exemplar da presente invenção, será mostrada. A operação geral desta rotina 20 visa obter a saida do detector de pico 181 da figura 3 e medir DELTA, (etapa 268), (diferença de tempo entre dois sinais adjacentes do detector de pico 181). A determinação da ocorrência de uma falha elétrica dentro do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de um transformador subterrâneo é feita com base no DELTA determinado/ medido e no perfil da onda acústica.

Primeiro, em 252, um sinal acústico é disponível no elemento piezo-elétrico 10 e o sinal acústico de pico do mesmo é disponível no detector de pico 181. A seguir, em 254, a rotina 250 insere um sinal f, que é o sinal de alta frequência acústico (HF) provindo do detector 181. Então, em 256, um valor, fb, é determinado, que é a linha base dos sinais HF, usando, por exemplo, uma média móvel de 8 pontos dos sinais HF, abaixo de um pré-determinado limite LI. Os dois limites LI e L2 são empregados pela rotina 250, para confirmar que ondas acústicas 251 têm o perfil pretendido, representativo de uma falha elétrica dentro do gabinete de disjuntores de alta tensão 20 de transformador subterrâneo. Exemplos não limitantes de LI e L2 são 100 mV e 20 mV, respectivamente. Algumas vezes, o sinal HF provindo do detector de pico 181 tem um nível de ruído relativamente alto, devido a várias razões, e.g., um ruído EMI aumentado. Para evitar o efeito de variação de nível de ruído de linha base, a etapa 256 busca tomar o nível de ruído do sinal medido, estimando o nível de ruído usando uma média móvel de 8 pontos exemplar dos sinais HF abaixo de pré-determinado limite LI. A média móvel de 8 pontos exemplar é o valor médio das últimas 8 amostras exemplares, cujos valores estão abaixo do limite LI. A seguir, em 258, o sinal HF, fc, é determinado a partir de f-fb.

Em 260, é determinado se fc é maior que LI . Se for, então, é determinado se T-Tn-1 é menor que ΔΤ (e.g., um valor pré-definido, tal como 5 mS) em 262. T é o tempo de um timer adequado (não mostrado) (e.g. sem limitação, o circuito oscilador (não mostrado) no processador 182 da figura 3; oscilador de cristal (não mostrado) no processador 182) . DELTA é zerado em 284 (onde Tn= Tn-1=0), depois de a rotina 250 alcançar seu periodo de tempo pré-determinado, em 27 6. Se o teste passa em 262, então, em 2 64, o valor do timer t é gravado como Tn. Tn= T, significa que o tempo T é gravado como Tn, onde tem um sinal acústico provindo do detector de pico 181 mais alto que limite Ll. A seguir, em 266, é confirmado que o sinal HF corrigido será válido, se fc maior que L2 em T=Tn+0, 1 mS. Se for, então a variável DELTA é igualada a Tn= Tn-Tn-l. Então, em 270, Tn-1 é igualado a Tn. A seguir, em 272, é determinado se M é menor que 2 ou maior que 7, onde M é o digito unitário de número inteiro [10*DELTA/8,333]. Isto verifica se DELTA é múltiplo de 8,3333 mS (e.g., sem limitação DELTA/8,3333= 2,1, então, (DELTA /8,3333)x 10= 21, e M= 1, que é menor que 2. Assim, DELTA, neste caso, pode ser considerado como múltiplo de 8,3333 mS, considerando o erro de medição potencial. Efetivamente, a etapa 272 determina se DELTA é um múltiplo de um ciclo de meia linha (e.g., sem limitação, cerca de 8,3 mS) . M representa o digito depois da vírgula, tal como, por exemplo, M= 2 para 3,24 ou M= 8 para 5,82. Se o teste passa em 272, e DELTA é um múltiplo de um ciclo de meia linha então, em 274, Um é adicionado a uma cesta X. Por outro lado, se DELTA não for um múltiplo de um ciclo de meia linha, então, em 275, Um é adicionado a uma cesta Y.

Depois das etapas 274 ou 275, ou se o teste falhou em 262, então, em 27 6, é determinado se Tn é maior ou igual a um pré-determinado tempo (e.g., sem limitação 200 mS, 2S; um dia).Se for, então, em 278, e em 280, a rotina 250 verifica dois critérios, antes de declarar que o ruído é induzido por uma falha elétrica, tal como uma junta elétrica superaquecida ou descarga parcial. A etapa 278 verifica se X+Y> A (e.g., sem limitação 10; 15; qualquer valor adequado) ; e a etapa 280 verifica se a razão X/(Χ+Υ)> β. Se estes dois testes passarem, então, um alarme (e.g., indicador de falha 158 da figura 3) será ativado, r em 282. Caso contrário, se um ou ambos os testes falharem, ou depois de 282, a rotina 250 pode reiniciar (prover um reset) depois de ciciar e energia (e.g., se a energia da fonte de energia elétrica 162 da figura 3 cicia, se um disjuntor manual de energia elétrica (não mostrado) cicia), então, os valores Y, X, Tn e Tn-1 são zerados, e ΔΤ ajustado em 5 mS em 284, e a próxima interrupção é provida em 286. Δ etapa 286 também será executada se qualquer dos testes falhar em 260, 266, e/ou 276.

Interrupções ocorrem periodicamente (e.g., sem limitação, a cada 100 pS) . Também, X e Y das etapas 274, 275, respectivamente, são zerados depois de pré-determinado tempo (e.g., sem limitação, 10000 mS; qualquer tempo adequado).

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, múltiplos aparelhos sensores acústicos 2 podem ser operativamente acoplados a um gabinete de disjuntor de alta tensão 20 para um transformador subterrâneo (e.g., ver figuras 1 e 2), e usado para determinar a localização da falha dentro do gabinete de disjuntor de alta tensão de transformador subterrâneo 20 usando uma metodologia de triangulação de sinal desenvolvida nesta ou conhecida de antemão. Em particular, isto pode ser feito em um centro de processamento remoto 42 com base nas intensidades ou magnitudes de um sinal acústico provindo de múltiplos aparelhos sensores acústicos 2, acoplados ao gabinete de disjuntor de alta tensão de transformador subterrâneo 20 em diferentes localizações. Estas magnitudes de sinal acústico, em razão da atenuação e . do tempo que o sinal acústico leva para alcançar cada sensor, dependem de r (distância) da falha elétrica, em um sistema de coordenadas esféricas. Com este conjunto de informações, a localização da falha elétrica pode ser estimada ou calculada de maneira conhecida, tal como pela metodologia descrita em Markalous et al, Detection and Location of Partial Discharges in Power Transformers Using Acoustic and Electromagnetic Signals, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol 15, N° 6, p 1576-1583, de Dezembro 2008.

Conquanto configurações especificas do conceito descrito tenham sido descritos em detalhes, deve ser apreciado, por aqueles habilitados na técnica, que várias modificações e alternativas àqueles detalhes poderão vir a ser desenvolvidos, à luz dos ensinamentos globais da especificação. Assim, os arranjos particulares descritos têm um caráter meramente ilustrativo, e não limitam o escopo do conceito descrito, que será dado em sua abrangência total, apenas pelas reivindicações anexas, e quaisquer ou todos seus equivalentes.

Lista de Referência 1 sistema de detecção de falha 2 aparelho sensor acústico 4 alojamento 6 fixador 10 elemento piezo-elétrico 12 sinal 14 circuito eletrônico 16 falha 20 gabinete de disjuntor de alta tensão de transformador subterrâneo 21 gabinete 22 câmara de terminal 24 câmara de disjuntor 26 válvula dreno 28 válvula dreno 30 câmara suporte 32 tampa da câmara de terminal 34 tampa da câmara de disjuntor 36 elemento barramento elétrico 38 pino 40 pino 42 centro de monitoramento remoto 154 pré-carga 158 detector de falha 160 transceptor sem fio wireless 161 antena 162 fonte de energia elétrica 174 circuito de entrada buffer 178 circuito amplificador 180 filtro passa-banda 181 detector de pico 250 rotina REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Sistema de detecção de falha elétrica, caracterizado pelo fato de compreender: uma unidade de transformador subterrâneo tendo um gabinete (21), e um elemento de barramento elétrico (36) que se estende do gabinete; e - um aparelho sensor acústico (2) operativamente acoplado a uma estrutura externa do gabinete ou a um elemento de barramento elétrico, o aparelho sensor acústico sendo estruturado para: (i) detectar um sinal acústico dentro do gabinete; (ii) analisar o sinal acústico detectado, e determinar se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); e (iii) em resposta à determinação do sinal acústico indicando uma falha elétrica, emitir uma mensagem indicando que a falha foi detectada.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o aparelho sensor acústico compreender um circuito, sendo que o circuito é estruturado para detectar um número de sinais de pico baseado no sinal acústico detectado, e determinar se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete, com base na diferença de tempo entre sinais adjacentes dos sinais de pico e no perfil de onda de ruido acústico do sinal acústico detectado.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o circuito compreender um amplificador, estruturado para gerar um sinal amplificado com base no sinal acústico detectado, um filtro de banda estruturado para filtrar o sinal amplificado, um detector de pico estruturado para detectar o número de sinais de pico com base no sinal filtrado, e processador estruturado para determinar se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete, com base na diferença de tempo entre sinais adjacentes dos sinais de pico.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o aparelho sensor acústico (2) ser operativamente acoplado ao elemento de barramento elétrico, sendo que o sistema de detecção de falha elétrica inclui um número de aparelhos sensores acústicos adicionais (2) operativamente acoplado à estrutura externa do gabinete ou a um elemento de barramento elétrico, cada um dos aparelhos sensores acústicos adicionais sendo estruturado para: (i) detectar o sinal acústico dentro do gabinete; (ii) analisar o sinal acústico detectado, e determinar se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); e (iii) em resposta a determinação de que o sinal acústico detectado indica uma falha elétrica, emitir uma mensagem adicional indicando que uma falha foi detectada.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o gabinete ser um gabinete de disjuntores de alta tensão de um transformador subterrâneo, e incluir câmara terminal (22) e câmara de disjuntor (24).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o aparelho sensor acústico compreender um elemento piezo-elétrico (10), estruturado para gerar um sinal (12), em resposta ao sinal acústico dentro do gabinete.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um, centro de monitoramento remoto (42), em comunicação eletrônica com um aparelho sensor acústico, para receber a mensagem indicando que a falha foi detectada.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o sistema de detecção de falha elétrica incluir um número de aparelhos sensores acústicos adicionais (2), operativamente acoplado a uma estrutura externa do gabinete ou a um elemento de barramento elétrico, cada um dos aparelhos sensores acústicos adicionais sendo estruturado para: (i) detectar o sinal acústico dentro do gabinete; (ii) analisar o sinal acústico detectado, e determinar, se o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica dentro do gabinete, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); e (iii) em resposta à determinação de que o sinal acústico detectado é indicativo de falha elétrica, emitir uma mensagem adicional, indicando que a falha foi detectada, ao centro de monitoramento remoto, sendo que o centro de monitoramento remoto é estruturado para determinar a localização da falha elétrica dentro do gabinete, usando a mensagem, cada mensagem adicional, e uma metodologia de triangulação de sinal.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a falha elétrica ser selecionada do grupo consistindo de uma junta elétrica superaquecida dentro do gabinete, descarga parcial dentro do gabinete, e formação de arco dentro do gabinete.

10. Método de detecção de falha elétrica, em uma unidade de transformador subterrâneo (20), caracterizado pelo fato de compreender: detectar um sinal acústico em uma unidade de transformador subterrâneo em uma posição externa à unidade de transformador subterrâneo; - analisar o sinal acústico detectado, e determinar que o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica na unidade de transformador subterrâneo, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); e - gerar, em resposta à determinação de que o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica, uma mensagem, indicando que uma falha foi detectada.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a unidade de transformador subterrâneo ter um gabinete (21), e um elemento de barramento elétrico (36), que se estende do gabinete, o método inclui operativamente acoplar um aparelho sensor acústico (2) a uma estrutura externa do gabinete ou a um elemento de barramento elétrico, sendo que as etapas de detectar, analisar, determinar, e gerar são realizadas usando o aparelho sensor acústico.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de as etapas de analisar e determinar incluir detectar um número de sinais de pico com base no sinal acústico detectado, e determinar que o sinal acústico detectado é indicativo de uma falha elétrica na unidade de transformador subterrâneo, com base na diferença de tempo entre sinais adjacentes dos sinais de pico e no perfil de ruido acústico no sinal acústico detectado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender transmitir a mensagem a um centro de monitoramento remoto (42) .

14. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: - detectar o sinal acústico na unidade de transformador subterrâneo, em uma segunda posição externa à unidade de transformador subterrâneo; - analisar o sinal acústico detectado na segunda posição, e determinar que o sinal acústico detectado na segunda posição é indicativo de uma falha elétrica na unidade de transformador subterrâneo, usando um algoritmo de correlação de tempo de evento (ETC); gerar, em resposta à determinação de que o sinal acústico detectado na segunda posição é indicativo de falha elétrica, uma segunda mensagem, indicando que a falha foi detectada; e - determinar a localização da falha elétrica na unidade de transformador subterrâneo, usando mensagem, segunda mensagem, e uma metodologia de triangulação de sinal.

15. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a falha elétrica ser selecionada do grupo consistindo de superaquecimento de junta elétrica dentro do gabinete, descarga parcial dentro do gabinete, e formação de arcos dentro do gabinete.