BR102021001742A2

BR102021001742A2 - Método e dispositivo sem fio e sem bateria para monitoramento de equipamentos elétricos

Info

Publication number: BR102021001742A2
Application number: BR102021001742-2A
Authority: BR
Inventors: André Luiz Casimiro
Original assignee: Brax Industria E Comércio De Máquinas E Equipamentos Eletrônicos Ltda
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-08-16

Abstract

A presente invenção refere se a um método e dispositivo para monitoramento de equipamentos elétricos com objetivo de detectar descargas parciais e mensurar temperatura de conexões elétricas e condutores elétricos dos equipamentos. Por meio do dispositivo (1) da Figura 1 configurado para detecção de descargas parciais é possível monitorar equipamentos elétricos com finalidade de identificar ocorrência de descargas parciais, o dispositivo é caracterizado por enviar dados por meio de rede sem fio (8) e se auto alimentar por meio de capitação de energia conforme Figura 3 e circuito de energy Harvest (9). Por meio do dispositivo (1) da Figura 2 configurado para mensuração de temperatura por contato é possível monitorar conexões elétricas e condutores elétricos com finalidade de identificar conexões problemáticas, o dispositivo é caracterizado por enviar os dados por meio de rede sem fio (13) e se auto alimentar por meio de capitação de energia conforme Figura 3 e circuito de energy Harvest (14).

Description

MÉTODO E DISPOSITIVO SEM FIO E SEM BATERIA PARA MONITORAMENTO DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS

[01] Campo de aplicação:

[02] A presente invenção refere se a um método e dispositivo para mensurar temperatura de condutores elétricos e conexões elétricas e também detectar descargas parciais em equipamentos elétricos. A temperatura é mensurada por meio de sensoriamento por contato ao ponto desejado, desta forma é possível identificar o superaquecimento do condutor elétrico em conexões problemáticas, as descargas parciais são detectadas por captação de ondas acústicas na faixa de ultrassom oriundas deste fenômeno, que ocorrem em falhas de isolação em equipamentos elétricos, assim, evitando a deterioração da isolação elétrica do equipamento, a detecção de descargas parciais deste método é amparada também pelo monitoramento da temperatura ambiente e umidade interna do equipamento ou ao seu redor.

[03] O método e dispositivo da presente invenção possibilita o monitoramento sem fio e sem bateria em tempo real ou periódico de vários tipos de equipamentos elétricos como, disjuntores, transformadores, painéis elétricos, compartimentos elétricos, cabos elétricos e barramentos elétricos. O método e dispositivo pode ser aplicado em equipamentos de baixa, média e alta tensão e também operar apenas como monitoramento de temperatura por contato, ou apenas monitoramento de descargas parciais.

[04] Descrição do estado da técnica:

[05] Nas últimas décadas, a preocupação com relação a qualidade de energia elétrica tem se intensificado. Aspectos como continuidade de fornecimento, nível de tensão, oscilações de tensão e distorções harmônicas são parâmetros para classificação da qualidade de energia.

[06] A ocorrência de aquecimento em conexões e condutores elétricos e incidência de descargas parciais em equipamentos elétricos se correlaciona diretamente ao aspecto de continuidade de fornecimento de energia elétrica. O aumento de temperatura nas conexões causa o mau funcionamento do equipamento, que por sua vez interrompe o fornecimento energia elétrica, o aquecimento também diminui a vida útil do equipamento e pode até causar a degradação do equipamento e incêndios. As descargas parciais causam danos às instalações elétricas e aos equipamentos a elas conectados e podem ocasionar desligamento no fornecimento de energia e até a degradação total do equipamento, incêndios e acidentes.

[07] Aumento de temperatura em conexões ocorre pelo fato de o contato não ser perfeito, assim com o passar do tempo a resistência elétrica da conexão aumenta causando um mau contato e aquecimento. Descargas parciais podem ocorrer em falhas de isolação em sólidos, líquidos ou gases, pois quando esses meios são submetidos a um campo elétrico que ultrapasse o limite de sua rigidez dielétrica eles passam a permitir o fluxo de corrente elétrica. As descargas parciais são definidas como sinais elétricos pulsantes incompletos, intermitentes e rápidos, causados pela ionização de um meio isolante deficiente entre duas partes condutoras de eletricidade.

[08] O aquecimento de condutores e conexões elétricas ou descargas parciais geralmente antecedem o arco elétrico, um equipamento exposto a estes fenômenos por um determinado período pode ocasionar um arco elétrico e danificar o próprio equipamento que se encontrava exposto e também equipamentos ao seu redor, e até ocasionar um acidente fatal com pessoas expostas a esse ambiente.

[09] Alguns depósitos de patentes abordam o monitoramento de temperatura em conexões e condutores elétricos e serão mencionados a seguir.

[10] O depósito de patente PI 0805344-8 A2, é caracterizado por sensores de temperatura baseados em microbolômetro (sem contato) que capta a luz infravermelha do ponto desejado das conexões e condutores, esses sensores são alimentados e se comunicam por cabos elétricos até um controlador que monitorar o sistema. Esse sistema tem algumas desvantagens como a instalações dos cabos de alimentação e comunicação, e também a fixação mecânica do sensor que necessita de uma distância mínima do ponto de monitoramento para funcionar corretamente, o que impossibilita a instalação em painéis elétricos com pouco espaço interno.

[11] A patente US 7,202,589 B2, é caracterizada por sensores sem fio e sem bateria por contado com tecnologia SAW (Surfece Acoustic Wave), os sensores se comunicam e são alimentados por um gateway via rádio frequência, este gateway envia as informações por cabos para um software instalado em um computador onde é realizado o monitoramento. A desvantagem desse sistema é a necessidade de uma grande quantidade de gateways, pois cada gateway dessa tecnologia se comunica com no máximo 12 sensores além do alcance se comunicação ser pequeno pelo fato do usa da tecnologia SAW.

[12] O depósito WO 2015/080693 A1, refere se a uma unidade de processamento de dados sem fio e sem bateria que pode ser aplicado para o monitoramento de temperatura em conexões e condutores. A alimentação da unidade de processamento é realizada pelo campo magnéticos perpendicular ao condutor, onde uma fita com propriedades magnéticas e flexível é usada para realizar o trabalho de fixação mecânica e condução magnética do fluxo até o transformador interno da unidade. A unidade envia os dados de temperatura via protocolo sem fio bluetooth. Uma desvantagem deste método é a fita magnética flexível que não pode ser substituída por outro método de fixação ou mesmo outro tipo de fita de fixação.

[13] As descargas parciais liberam energia de várias formas como, ondas mecânicas, ondas eletromagnéticas e calor. Baseando se nas características físicas dos fenômenos de descargas parciais, os sistemas de detecção desses fenômenos são separados em métodos, acústico, óptico e elétrico.

[14] O monitoramento de descargas parciais em equipamentos elétricos auxilia na manutenção do mesmo, podendo detectar defeitos na fabricação ou problemas relacionados a desgastes de materiais, prevenindo assim paradas de serviços não programadas.

[15] Alguns depósitos de patentes abordam o estado da técnica para monitoramento de descargas parciais que serão mencionados a seguir.

[16] O documento BR102014022433-5 descreve um sistema para detecção de descargas parciais em equipamentos elétricos por meio de um transformador de corrente acoplado ao cabo de aterramento do equipamento elétrico, o sinal captado pelo transformador de corrente é processado e o sistema identifica a descarga parcial, este sistema é descrito para utilização apenas em subestação de energia elétrica. Este sistema é susceptível a interferência eletromagnética pelo fato de se utilizar o método elétrico de detecção.

[17] O documento BR102014021898-0 descreve um sistema para detecção de descargas parciais, este sistema é aplicável somente em transformadores de energia elétrica. O método utilizado é acústico e óptico, as ondas acústicas emitidas pelas descargas parciais atingem uma fibra óptica instalada no compartimento interno do transformador, que através da técnica de interferometria o sistema processa esses sinais e emite um diagnóstico. O documento BR102013018813-1 também descreve um sistema de monitoramento de descargas parciais apenas, e destinado a transformador de energia elétrica. O método utilizado neste sistema é acústico, onde são instalados vários sensores acústicos nas partes externas do transformador, na ocorrência de descargas parciais os sensores detectam as ondas acústicas emitidas pelo fenômeno, esses sinais são processados e o sistema emite um diagnóstico.

[18] Nos documentos citados acima nenhum método contempla detecção de descargas parciais e monitoramento de temperatura em um único sistema, o que a presente invenção contempla. A persente invenção também contempla a aplicação na grande maioria dos equipamentos elétricos, já em alguns documentos citados a aplicação é restrita a apenas um tipo de equipamento elétrico.

[19] Sumário da invenção:

[20] A presente invenção provê um método e dispositivo para mensurar temperatura de conexões elétricas e condutores elétricos por meio de sensoriamento por contato, sem fio e sem bateria. Está presente invenção também provê detecção de descargas parciais por meio de monitoramento acústico na faixa de ultrassom sem fio e sem bateria de equipamentos elétricos com auxílio ou não de monitoramento de temperatura ambiente e umidade do equipamento.

[21] Uma vantagem do método e dispositivo, é que o monitoramento dos equipamentos elétricos é em tempo real ou programável e sem interrupções de forma automática.

[22] Uma outra vantagem, o dispositivo possui eletrônica embarcada para processamento dos sinais captados, e pode ser configurado em dois modos distintos, um modo como apenas sensoriamento de temperatura por contato ou outro modo apenas sensoriamento ultrassônico de descargas parciais em conjunto com sensoriamento de temperatura ambiente e umidade do equipamento elétrico ou ao seu redor.

[23] Ainda uma outra vantagem é que o dispositivo é sem fio proporcionando fácil instalação e também contempla um circuito de Energy Harvest para prover alimentação para seu funcionamento, assim não há a necessidade de usar baterias.

[24] Um dos objetivos da presente invenção é detectar descargas parciais em equipamentos elétricos sem retirar o equipamento de funcionamento, minimizando o tempo de paradas para manutenção.

[25] Outro objetivo da presente invenção é mensurar temperatura de conexões elétricas de equipamentos elétricos, principalmente os energizados com média e alta tensão onde não é possível obter imagens termográficas.

[26] Ainda outro objetivo é se antecipar a um possível arco elétrico decorrente da evolução das descargas parciais e elevação de temperatura dos condutores e conexões.

[27] Breve descrição das figuras:

[28] A figura 1 ilustra o diagrama em blocos do dispositivo configurado para operar como modo de detecção de descargas parciais em conjunto com mensuração de temperatura ambiente e umidade.

[29] A figura 2 ilustra o digrama em blocos do dispositivo configurado para operar como mensurador de temperatura por contato.

[30] A figura 3 ilustra o método de captação de fluxo magnético perpendicular ao condutor elétrico com finalidade de gerar energia para o dispositivo.

[31] Descrição detalhada da invenção:

[32] A presente invenção relata um método e dispositivo que proporciona o monitoramento de temperatura por contato de conexões e condutores elétricos, e também ocorrência de descargas parciais, temperatura ambiente e umidade em equipamentos elétricos. O dispositivo pode ser configurado em dois modos distintos dependendo da aplicação, um dos modos é como monitoramento de temperatura por contato em conexões elétricas e condutores elétricos, outro modo é como monitoramento de descargas parciais, temperatura ambiente e umidade.

[33] A Figura 1 ilustra o diagrama em blocos do dispositivo (1) configurado para operar como detector de descargas parciais e mensurar temperatura ambiente e umidade. O dispositivo é caracterizado por um transdutor ultrassônico (2) para captação das ondas ultrassônicas emitidas pelo fenômeno de descargas parciais; circuito de amplificação (4) e circuito de filtro (6) para condicionamento do sinal ultrassônico capitado; transdutor de temperatura ambiente (3) e transdutor de umidade (5); processador (7) para processamento do sinal ultrassônico e identificação do fenômeno de descargas parciais, tembém realiza o processamento dos sinas dos transdutores de temperatura ambiente e umidade; circuito de rádio frequência (8) que recebe os dados do processador (7) e os disponibiliza via protocolo de comunicação de rede sem fio; circuito de energy harvest (9) que recebe energia elétrica do elemento magnético (18) da Figura 3 e converte em energia utilizável pelo dispositivo para alimentação de todos os seus componentes e circuitos.

[34] A Figura 2 ilustra o diagrama em blocos do dispositivo (1) configurado para operar como mensurador de temperatura por contato de conexões elétricas e condutores elétricos. O dispositivo é caracterizado por um transdutor de temperatura por contato (10) para mensurar a temperatura do ponto desejado; circuito de condicionamento de sinais (11); processador (12) para processamento do sinal do transdutor de temperatura; circuito de rádio frequência (13) que recebe os dados do processador (12) e os disponibiliza via protocolo de comunicação de rede sem fio; circuito de energy harvest (14) que recebe energia elétrica do elemento magnético (18) da Figura 3 e converte em energia utilizável pelo dispositivo para alimentação de todos os seus componentes e circuitos.

[35] A Figura 3 ilustra o método de captação de campo magnético perpendicular ao condutor elétrico (16) com finalidade de gerar energia elétrica para o funcionamento do dispositivo (1) das Figuras 1 e 2. O método consiste em um elemento magnético rígido (18) que contem espiras de fio de cobre (23) em seu corpo com a finalidade de criar uma bobina. Quando o dispositivo (1) das Figuras 1 e 2 é instalado em um condutor elétrico (16) o elemento magnético (18) fica próximo as linhas de campo magnético (22) (21) geradas pela circulação de corrente elétrica no condutor (16), as linhas de campo magnético (22) (21) atravessam o elemento magnético (18) assim induzindo uma tensão elétrica nos terminais (19) (20) da bobina (23), por sua vez os terminais (19) (20) são conectados na placa de circuito impresso (17) do dispositivo (1) das Figuras 1 e 2 para suprir energia elétrica para o circuito de energy harvest (9) da Figura 1 e (14) da Figura 2.

Claims

Método e dispositivo sem fio e sem bateria para monitoramento de equipamentos elétricos, o método é caracterizado por:
- - Dispositivo (1) da Figura 1 sem fio e sem bateria para detectar descargas parciais por meio de monitoramento acústico na faixa de ultrassom em conjunto com monitoramento de temperatura ambiente e umidade do equipamento elétrico monitorado;
- - Dispositivo (1) da Figura 2 sem fio e sem bateria para mensurar temperatura de conexões elétricas e condutores elétricos por meio de monitoramento de temperatura por contato.
Dispositivo (1) Figura 1 configurado para detectar descargas parciais em equipamentos elétricos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por sensoriamento ultrassônico para detecção de descargas parciais (2) (4) (6) em conjunto com sensoriamento de temperatura ambiente e umidade (3) (5), tem poder de processamento (7) para identificar sinais ultrassônicos provenientes de descargas parciais, possui comunicação sem fio (8) por meio de protocolo proprietário, assim dispensando a utilização de cabos para seu funcionamento, possui circuito de energy harvest (9) para conversão e armazenamento de energia elétrica proveniente do elemento magnético (18) que converte campo magnético perpendicular ao condutor elétrico (16) em tensão elétrica, desta forma o dispositivo (1) Figura 1 não necessita de bateria para seu funcionamento.
Dispositivo (1) Figura 2 configurado para mensurar temperatura de conexões elétricas e condutores elétricos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por sensoriamento de temperatura por contato (10), tem poder de processamento (12) para mensurar a temperatura do ponto desejado, possui comunicação sem fio (13) por meio de protocolo proprietário, assim dispensando a utilização de cabos para seu funcionamento, possui circuito de energy harvest (14) para conversão e armazenamento de energia elétrica proveniente do elemento magnético (18) que converte campo magnético perpendicular ao condutor elétrico (16) em tensão elétrica, desta forma o dispositivo (1) Figura 2 não necessita de bateria para seu funcionamento.
Dispositivo (1) das Figuras 1 e 2, de acordo com as reivindicações 2 e 3 é caracterizado por comunicação sem fio com protocolo proprietário (8) (13), desta forma não havendo necessidade de cabos para comunicação.
Dispositivo (1) das Figuras 1 e 2, de acordo com as reivindicações 2 e 3 é caracterizado por circuito de energy harvest (9) (14) para conversão e armazenamento de energia elétrica para o funcionamento do dispositivo.
Dispositivo (1) das Figuras 1 e 2, de acordo com as reivindicações 2 e 3 é caracterizado por usar o elemento magnético rígido (18) para conversão do campo magnético (21) (22) perpendicular ao condutor elétrico (16) em tensão elétrica para funcionamento do dispositivo.
Dispositivo (1) das Figuras 1 e 2, caracterizado por fixação ao condutor elétrico por meio de abraçadeira genérica, sem necessidade de abraçadeira de material específico.