BR102022003339A2 - Gerenciamento de falha de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a método implementado por computador (100), a sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200), e a produto de programa de computador para o gerenciamento de uma falha de circuito aberto em uma linha de distribuição aérea de uma rede elétrica (400), o método incluindo as etapas de obter dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor (F1-F3) montado na linha de distribuição aérea, determinar parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós (N1-N7) da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida, ou seja, uma baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa de corrente de linha ao um ou mais nós (N1-N7), e gerar (103) uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha, cuja saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós (N1-N7).

Description

GERENCIAMENTO DE FALHA DE CIRCUITO ABERTO EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO AÉREAS

[001] A presente invenção refere-se ao gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas e, mais particularmente, à detecção e localização de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas.

[002] Falhas de circuito aberto em redes de distribuição de energia causadas devido a um cabo de ligação (jumper) aberto, a um condutor de energia quebrado, etc., são muito comuns nas linhas de distribuição aéreas. Essas falhas são tipicamente o resultado de interferências ambientais, altas correntes de defeito, juntas soltas de peças metálicas devido a desgaste, etc. Na ocorrência de tais falhas, a equipe de manutenção de serviços de utilidade pública patrulha uma seção completa de uma linha de distribuição aérea afetada a fim de encontrar a causa do problema e a origem da falha.

[003] Os dispositivos existentes baseados em subestações são em grande parte incapazes de localizar uma seção com falha em uma linha de distribuição aérea. As técnicas e soluções existentes só conseguem disparar e alertar as equipes de manutenção de serviço de utilidade pública no caso de ocorrência de tais eventos de falha, cujo pessoal deverá, em seguida, traçar a localização da falha com base no feedback de um cliente afetado e operar uma chave de freio a ar baseado em tentativa e erro, o que causa desnecessária tensão sobre o sistema elétrico

[004] Em algumas técnicas e soluções existentes, as falhas de circuito aberto em uma rede de distribuição de energia são, em sua maior parte, tratadas com o uso de dispositivos de detecção de desregulagem dos relés de proteção. Um relé de proteção se desengata na ocorrência de tais falhas e a linha de distribuição aérea é descarregada sempre que uma desregulagem maior excedendo limites predefinidos é detectada. Essa desregulagem poderá ser uma desregulagem de tensão e/ou uma desregulagem de corrente. Em seguida, a linha de distribuição aérea é fisicamente monitorada pelo pessoal de manutenção de serviço de utilidade no sentido de detectar o exato local da falha. Sendo assim, as técnicas e soluções existentes não apenas são demoradas, como também resultam em perdas de receita para a utilidade pública e aborrecimento aos clientes devido à patrulha e inspeção manuais das linhas de distribuição aéreas.

[005] Por conseguinte, vem a ser um objeto da presente invenção prover um sistema e um método de gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, que consigam detectar e localizar uma condição ou condições de circuito aberto nas redes de distribuição de energia, deste modo permitindo que uma equipe de manutenção de serviço de utilidade atinja diretamente uma seção afetada de uma linha de distribuição aérea para serviços de reparo, desta maneira reduzindo tempo de inspeção e, por conseguinte, perdas de receita.

[006] A presente invenção alcança o objeto acima mencionado pela provisão de um método implementado por computador e um sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS) para o gerenciamento de uma falha de circuito aberto em uma linha de distribuição aérea de uma rede elétrica. Tal como usado no presente documento, o termo "rede elétrica" se refere a uma rede de distribuição de energia e/ou a uma rede de transmissão de energia tendo uma tensão nominal de cerca de 3,3 kV a cerca de 66kV.

[007] O método implementado por computador descrito no presente documento obtém dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor montado na linha de distribuição aérea. Os dados de linha de distribuição aérea compreendem uma tensão de linha e uma corrente de linha presente em um nó em tempo real. Um nó se refere a uma posição física na linha de distribuição aérea na qual o sensor é montado. O sensor é, por exemplo, um indicador de detecção de falha ou um sensor V/I (visual / inercial). Com vantagem, esse sensor será capaz de prover um status associado à tensão de linha, tal como uma baixa tensão, à corrente de linha, tal como uma taxa de mudança negativa da corrente, e um status de comunicação do sensor, tal como um estado on-line um estado off-line.

[008] Os sensores aso tipicamente montados por fase nas linhas de distribuição aéreas na proximidade dos nós. Os sensores provêem valores de tensão e corrente que são detectados em respectivas linhas de distribuição aéreas. De acordo com uma modalidade, os sensores são capazes de gerar um sinal de baixa tensão com base na tensão de linha detectada na linha de distribuição aérea. De acordo com outra modalidade, os sensores são capazes de gerar uma taxa de mudança negativa do sinal de corrente de linha com base na corrente de linha que flui através da linha de distribuição aérea. Com vantagem, um ou mais sensores provêem os dados de linha de distribuição aérea associados às suas respectivas seções de linha de distribuição aérea para uma porta de comunicação que fica na proximidade dos sensores, ao longo de uma comunicação com fio ou sem fio de curto alcance. O método implementado por computador, nesse caso, obtém os dados de linha de distribuição aérea a partir da(s) porta(s) de comunicação. De acordo com uma modalidade, o método implementado por computador obtém os dados de linha de distribuição aérea a partir de servidor que armazena os dados de linha de distribuição aérea recebidos do/dos sensor/sensores e/ou das portas de comunicação em um banco de dados.

[009] De acordo com uma modalidade, o método implementado por computador periodicamente obtém os dados de linha de distribuião aérea do sensor, ou seja, a intervalos de tempo predefinidos de modo a permitir uma captura de dados em tempo quase real por parte dos sensores. De acordo com outra modalidade, o método implementado por computador continuamente obtém os dados de linha de distribuição aérea. De acordo com ainda outra modalidade, o método implementado por computador obtém os dados de linha de distribuição aérea após a ocorrência de um evento predefinido, tal como uma falha.

[0010] O método implementado por computador determina parâmetros de detecção de falha associados ao(s) nó(s) da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida no(s) nó(s). Tal como usado no presente documento, a condição de nó predefinida em um nó compreende uma baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa da corrente de linha no nó. De acordo com uma modalidade, quando existe uma baixa tensão, mas não uma taxa de mudança negativa de corrente de linha, o método implementado por computador gerará um alerta indicando à equipe de manutenção de serviço de utilidade pública sobre um possível circuito aberto no alimentador associado ao mesmo.

[0011] Com vantagem, a ocorrência de uma baixa tensão no nó é determinada com base na tensão de linha dos dados de linha de distribuição aérea e em um predeterminado limite de tensão. Por exemplo, o predeterminado limite de tensão para uma linha de distribuição aérea tendo uma tensão nominal de 33 kV é de uma faixa de cerca de 45 % a cerca de 70 %, ou seja, haverá uma baixa tensão quando a tensão de linha for maior que cerca de 45 % da tensão nominal, porém menor que cerca de 70 % da tensão nominal.

[0012] Ainda, tal como usado no presente documento, a expressão "parâmetros de detecção de falha" se refere a valores associados ao nó que possibilitam à equipe de manutenção de serviço de utilidade pública a localização de uma falha, ou seja, a condição de circuito aberto na linha de distribuição aérea. Os parâmetros de detecção de falha compreendem, por exemplo, um número total de predecessores do nó, um número total de predecessores off-line do nó, um perímetro do nó, e um índice de precisão de computação do nó.

[0013] Tal como usado no presente documento, a expressão "número total de predecessores" de um nó se refere a um número de nós existentes ao longo de uma seção de alimentador de uma linha de distribuição aérea entre o nó e a subestação.

[0014] Ainda, tal como usado no presente documento, a expressão "número total de predecessores off-line" se refere a um número de nós predecessores que não se comunicaram, por exemplo, durante a ocorrência de um evento predefinido, ou seja, uma falha, ou por um período de tempo predefinido, tal como, cerca de 60 minutos, com a porta de comunicação. Com vantagem, o método implementado por computador considera os predecessores off-line de um nó como os predecessores que se encontram adjacentes um ao outro e em um estado off-line ou em proximidade ao nó

[0015] Ainda, tal como usado no presente documento, o termo "perímetro" de um nó se refere a um predecessor on-line mais próximo ao nó. Com vantagem, o perímetro define uma área de pesquisa para o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública patrulhar. Por exemplo, o perímetro para um nó Nx poderá ser o nó Ny, indicando que a equipe de manutenção de serviço de utilidade pública precisará patrulhar uma área da linha de distribuição aérea entre os nós Nx e Ny a fim de reparar a causa raiz da falha.

[0016] Ainda, tal como usado no presente documento, a expressão "índice de precisão de computação" de um nó se refere a um fator que indica uma precisão ou um peso de confiança do nó associado tendo um circuito aberto em sua proximidade. Com vantagem, o índice de precisão de computação varia entre 0 e 1, 0 sendo o peso de confiança mais baixo e 1 sendo o peso de confiança mais alto. O método implementado por computador calcula o índice de precisão de computação de um nó com base no número total de predecessores do nó e no número total de predecessores off-line do nó usando a fórmula abaixo:

Na qual:
IN é o índice de precisão de computação de um nó N;
NOFF é o número total de nós predecessores off-line do nó N; e
NTNP é o número total de nós predecessores do nó N.

[0017] O método implementado por computador gera uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha. A saída é provida para o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública para o reparo de uma falha. A saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós. Com vantagem, a saída que compreende uma lista dos parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós, por exemplo, uma lista LFeeder de nós 'n' potencialmente afetados, ou seja, os nós com uma condição de nó predefinida nos mesmos ao longo de um alimentador compreende:

Em que PN é o perímetro do nó.

[0018] O método implementado por computador armazena a lista acima mencionada dos parâmetros de detecção de falha, por exemplo, em um banco de dados de gerenciamento de falha.

[0019] Ainda, tal como descrito, a presente invenção se refere a um produto de programa de computador compreendendo um meio de armazenamento não transitório legível por computador que armazena códigos de programa de computador que compreendem instruções executáveis por pelo menos um processador. O programa de computador codifica múltiplos programas de computador para a execução das etapas realizadas pelo método implementado por computador acima mencionado descrito no presente documento.

[0020] Ainda, tal como descrito, a presente invenção se refere a um sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS) para o gerenciamento de uma falha de circuito aberto em uma linha de distribuição aérea de uma rede elétrica. O sistema FDAMS compreende um meio de armazenamento não transitório legível por computador que armazena as instruções de programa de computador definidas pelos módulos do sistema FDAMS, pelo menos um processador comunicativamente acoplado ao meio de armazenamento não transitório legível por computador, e executa as instruções de programa de computador, e os módulos do sistema FDAMS.

[0021] Os módulos do sistema FDAMS compreendem um módulo de recepção de dados e um módulo de processamento de dados comunicativamente acoplado um ao outro. O módulo de recepção de dados obtém dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor montado na linha de distribuição aérea, em que os dados de linha de distribuição aérea compreendem uma tensão de linha e a corrente de linha presente em um nó em tempo real.

[0022] O módulo de processamento de dados determina parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida no um ou mais nós. A condição de nó predefinida sendo uma baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa da corrente de linha no nó. Com vantagem, o módulo de processamento de dados determina a ocorrência de uma baixa tensão no nó com base na tensão de linha dos dados de linha de distribuição aérea e em um predeterminado limite de tensão. Os parâmetros de detecção de falha associados a um nó compreendem um número total de predecessores do nó, um número total de predecessores off-line do nó, um perímetro do nó, e um índice de precisão de computação do nó.

[0023] O módulo de processamento de dados calcula o índice de precisão de computação de um nó com base no número total de predecessores do nó e no número total de predecessores off-line do nó. O índice de precisão de computação do nó varia entre 0 e 1.

[0024] O módulo de processamento de dados gera uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha, cuja saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós. A saída compreende uma lista dos parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós. O módulo de processamento de dados armazena a saída em um banco de dados de gerenciamento de falha do sistema FDAMS.

[0025] O método implementado por computador, o sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS), e o produto de programa de computador descrito no presente documento permitem ai pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública facilmente detectar e localizar uma falha de circuito aberto que ocorre em várias situações. Em um exemplo, quando um jumper é aberto sem nenhum evento de falha de sobrecorrente e sem abertura de disjuntor devido a instalações antigas degradadas. Em outro exemplo, quando um jumper é aberto com uma falha de sobrecorrente ou um disjuntor é aberto devido a objetos estranhos que caem na linha de distribuição aérea e geram um aumento de corrente na mesma. Nesse caso, o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública é solicitado a fazer um carregamento bem sucedido da linha, ou seja, o fechamento do disjuntor.

[0026] Os aspectos acima mencionados e ainda outros da presente invenção serão tratados a seguir com referência aos desenhos da presente invenção em anexo. As modalidades ilustradas têm a intenção de mostrar, mas não limitar a presente invenção.

[0027] A presente invenção será descrita em mais detalhe a seguir com referência às modalidades ilustradas mostradas nos desenhos em anexo, nos quais:

[0028] A Figura 1 ilustra um fluxograma de processo de um método implementado por computador para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0029] A Figura 2 ilustra um sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS) para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0030] A Figura 3 é um diagrama em blocos ilustrando uma arquitetura de um sistema de computador utilizado pelo sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS) mostrado na Figura 2, para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0031] A Figura 4 ilustra uma representação gráfica exemplar de uma seção de uma rede elétrica com um jumper aberto na mesma, cenário esse detectado através do método implementado por computador mostrado na Figura 1, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0032] Várias modalidades são descritas com referência aos desenhos, nos quais numerais de referência são usados para se referir a elementos similares ao longo das mesmas. Na descrição a seguir, para fins de explicação, são apresentados diversos detalhes específicos no sentido de oferecer um completo entendimento de uma ou mais modalidades. No entanto, deve-se esclarecer que tais modalidades podem ser praticadas sem esses detalhes específicos

[0033] A Figura 1 ilustra um fluxograma de processo 100 de um método implementado por computador para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0034] O método implementado por computador obtém 101 dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor, tal como um indicador de detecção de falha, montado na linha de distribuição aérea. Os dados de linha de distribuição aérea incluem uma tensão de linha e uma corrente de linha detectada pelo sensor. Os dados de linha de distribuição aérea também incluem sinais associados à tensão de linha, tais como um sinal de tensão ON (ligada), um sinal de tensão OFF (desligada), ou um sinal de baixa tensão, sinais associados à corrente de linha, tais como uma queda rápida detectada pelo sensor na quantidade de corrente de linha, etc.

[0035] O método implementado por computador determina 102 se existe ou não uma condição de baixa tensão com base nos dados de linha de distribuição aérea, por exemplo, após o recebimento de um sinal de baixa tensão por parte do sensor ou na ausência de tal sinal ao comparar a tensão de linha com um predeterminado limite de tensão. Por exemplo, quando a tensão de linha é maior que cerca de 45 % da tensão nominal, porém menor que cerca de 70 % da tensão nominal, nesse caso haverá uma condição de baixa tensão. Quando não há uma condição de baixa tensão presente, nesse caso o método implementado por computador volta a monitorar, ou seja, obter 101 os dados de linha de distribuição aérea do sensor.

[0036] Quando há presente uma condição de baixa tensão, o método implementado por computador identifica 103 um alimentador potencialmente afetado associado ao mesmo. O método implementado por computador, nesse caso, determina 104 se ocorre ou não uma queda rápida na corrente de linha juntamente com uma condição de baixa tensão em um ou mais nós do alimentador potencialmente afetado. Isso é feito ao se obter dados de linha de distribuição aérea a partir de cada um dos sensores montados em cada um dos nós do alimentador potencialmente afetado. Quando ocorre uma condição de baixa tensão em uma rápida queda na corrente de linha, o método implementado por computador gera 106 uma notificação para o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública indicando uma possível condição de circuito aberto. No entanto, quando ambas as condições se encontram presentes, nesse caso, o método implementado por computador para cada nó do alimentador potencialmente afetado, determina 107 parâmetros de detecção de falha, o que permitirá ao pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública identificar uma possível condição de circuito aberto e a localização da falha.

[0037] Para determinar os parâmetros de detecção de falha de um nó, o método implementado por computador identifica 107A um número total de predecessores do nó, ou seja, um número total de nós existentes no alimentador potencialmente afetado entre o nó e a subestação. O método implementado por computador, em seguida, identifica 107B um número total de predecessores off-line do nó, ou seja, um número total de nós no alimentador potencialmente afetado que não tem se comunicado por um predeterminado período de tempo, por exemplo, por uma hora, ou não tem se comunicado durante o tempo da ocorrência de um evento predefinido, ou seja, uma falha. O método implementado por computador, em seguida, calcula 107C um perímetro do nó, ou seja, o nó predecessor on-line mais próximo. O método implementado por computador, em seguida, calcula 107D um índice de precisão de computação do nó, que indica uma precisão ou um peso de confiança do nó que tem uma condição de circuito aberto no mesmo. O índice de precisão de computação é calculado com base no número total de predecessores off-line do nó e no número total de predecessores do nó.

[0038] Após determinar os parâmetros de detecção de falha de um nó, o método implementado por computador gera 108 uma entrada de nó compreendendo o nó para o qual os parâmetros de detecção de falha, o índice de precisão de computação do nó, e o perímetro do nó foram determinados. O método implementado por computador, em seguida, anexa 109 cada uma dessas entradas de nó dos nós do alimentador potencialmente afetado a uma lista de nós afetados. O método implementado por computador armazena 110 a lista de nós afetados em um banco de dados de gerenciamento de falha. Essa lista de nós afetados poderá ser usada para futura referência por parte do pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública para a execução de análise de dados ou para a geração de uma ou mais recomendações por parte do pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública. O método implementado por computador gera 111 uma saída com a entrada do nó para o qual parâmetros de detecção de falha foram determinados, e emite a saída para o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública, desta maneira permitindo que os operários tomem a ação necessária para o reparo de uma condição de circuito aberto em um alimentador potencialmente afetado.

[0039] A Figura 2 ilustra um sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS) para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema FDAMS 200 pode ser instalado e se tornar acessível em um dispositivo de usuário, por exemplo, um dispositivo de computador pessoal, uma estação de trabalho, um dispositivo de cliente, um dispositivo de computador habilitado para rede, qualquer outro equipamento de informática apropriado, ou combinações de múltiplas peças de equipamentos de informática que são usados por um usuário 206. O sistema FDAMS 200 descrito no presente documento fica em comunicação operável com uma porta de comunicação 207 em uma rede de comunicação 204. A porta de comunicação 207, por sua vez, fica em comunicação operável com os sensores F1-F3, por exemplo, indicadores de detecção de falha, montados em uma linha de distribuição aérea. A rede de comunicação 204 é, por exemplo, uma rede com fio, uma rede sem fio, ou uma rede formada por qualquer combinação de redes.

[0040] O sistema FDAMS 200 pode ser baixado e utilizado em um dispositivo de usuário, ou, poderá ser configurado como uma plataforma baseada na web, por exemplo, um website hospedado em um servidor ou em uma rede de servidores, ou ainda, ser implementado em um ambiente de computação em nuvem, como uma plataforma baseada em computação em nuvem implementada como um serviço para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas. Um usuário 206 do sistema FDAMS 200, nesse caso, poderá acessar o sistema FDAMS 200 através da rede de comunicação 204. O usuário 206 é tipicamente um operador de uma companhia de manutenção de serviço de utilidade pública responsável pela manutenção das linhas de distribuição aéreas.

[0041] O sistema FDAMS 200 descrito no presente documento compreende um meio de armazenamento não transitório legível por computador, e pelo menos um processador comunicativamente acoplado ao meio de armazenamento não transitório legível por computador. Tal como usado no presente documento, a expressão "meio de armazenamento não transitório legível por computador" se refere a todos os meios legíveis por computador, por exemplo, um meio não volátil, um meio volátil, ou meio de transmissão, exceto um sinal de propagação transitório. O meio de armazenamento não transitório legível por computador é configurado de modo a armazenar as instruções de programa de computador definidas pelos módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200. O processador é configurado de modo a executar as instruções de programa de computador definidas. Tal como ilustrado na Figura 2, o sistema FDAMS 200 compreende uma interface gráfica de usuário (GUI) 205. Um usuário 206 que utiliza um dispositivo de usuário poderá acessar o sistema FDAMS 200 através da interface GUI 205. A interface GUI 205 é, por exemplo, uma interface da web on-line, uma interface de aplicativo carregável na web, etc. O sistema FDAMS 200 compreende ainda um módulo de recepção de dados 201, e um módulo de processamento de dados 202.

[0042] O módulo de recepção de dados 201 obtém dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor montado na linha de distribuição aérea, em que os dados de linha de distribuição aérea compreendem uma tensão de linha e a corrente de linha presente em um nó em tempo real. O módulo de processamento de dados 202 determina os parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida no um ou mais nós. A condição de nó predefinida sendo uma baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa da corrente de linha no nó. Com vantagem, o módulo de processamento de dados 202 determina a ocorrência de uma baixa tensão no nó com base na tensão de linha dos dados de linha de distribuição aérea e em um predeterminado limite de tensão. Os parâmetros de detecção de falha associados a um nó compreendem um número total de predecessores do nó, um número total de predecessores off-line do nó, um perímetro do nó, e um índice de precisão de computação do nó.

[0043] O módulo de processamento de dados 202 calcula o índice de precisão de computação de um nó com base no número total de predecessores do nó e no número total de predecessores off-line do nó. O índice de precisão de computação do nó varia entre 0 e 1.

[0044] O módulo de processamento de dados 202 gera uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha, cuja saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós. A saída compreende uma lista dos parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós. O módulo de processamento de dados armazena a saída em um banco de dados de gerenciamento de falha 203 do sistema FDAMS 200.

[0045] A Figura 3 é um diagrama de blocos ilustrando uma arquitetura de um sistema de computador 300 utilizado pelo sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS) 200 mostrado na Figura 2 para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema FDAMS 200 utiliza a arquitetura do sistema de computador 300. O sistema de computador 300 é programável e usa uma linguagem de programação de computador de alto nível. O sistema de computador 300 pode ser implementado usando um hardware programado e intencional. O sistema de computador 300 compreende um processador 301, um meio de armazenamento não transitório legível por computador, tal como uma unidade de memória 302 para o armazenamento de programas e dados, um controlador de entrada / saída (I/O) 303, uma interface de rede 304, um barramento de dados 305, uma unidade de vídeo 306, dispositivos de entrada 307, uma unidade de mídia fixa 308, tal como um disco rígido, uma unidade de mídia removível 309 para o recebimento de mídias removíveis, dispositivos de saída 310, etc. O processador 301 se refere a qualquer um dentre microprocessadores, dispositivos de unidade de processamento central (CPU), máquinas estado finito, microcontroladores, processadores de sinal digital, um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA), etc., ou qualquer combinação dos mesmos, capazes de executar programas de computador ou uma série de comandos, instruções, ou transições de estado. O processador 301 poderá também ser implementado como uma configuração de processador que compreende, por exemplo, um microprocessador de uso geral e um coprocessador gráfico ou matemático. O sistema FDAMS 200 descrito no presente documento não se limita a um sistema de computador 300 que utiliza um processador 301. O sistema de computador 300 poderá também utilizar um controlador ou um microcontrolador. O processador 301 executa os módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200.

[0046] A unidade de memória 302 é usada para o armazenamento de programas, aplicativos, e dados. Por exemplo, os módulos 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200 são armazenados na unidade de memória 302 do sistema de computador 300. A unidade de memória 302 é, por exemplo, uma memória de acesso aleatório (RAM) ou outro tipo de dispositivo de armazenamento dinâmico que armazena informações e instruções para execução pelo processador 301. A unidade de memória 302 também armazena variáveis temporárias ou outras informações intermediárias usadas durante a execução das instruções pelo processador 301. O sistema de computador 300 compreende ainda uma memória somente leitura (ROM) ou outro tipo de dispositivo de armazenamento estático que armazena informações ou instruções estáticas no processador 301. O controlador I/O 303 controla as ações de entrada e as ações de saída realizadas pelo sistema FDAMS 200.

[0047] A interface de rede 304 permite a conexão do sistema de computador 300 com a rede de comunicação 204. Por exemplo, o sistema FDAMS 200 se conecta com a rede de comunicação 204 através da interface de rede 304. De acordo com uma modalidade, a interface de rede 304 é provida como um cartão de interface também referido como um cartão de linha. A interface de rede 304 compreende, por exemplo, interfaces que usam protocolos seriais, interfaces que usam protocolos paralelos, e interfaces de comunicação via Ethernet, interfaces baseadas em tecnologias de comunicação sem fio, tais como tecnologia via satélite, tecnologia via radiofrequência (RF), comunicação de campo próximo, etc. O barramento de dados 305 permite comunicação entre os módulos, por exemplo, 201, 202, 203, 205, etc., do sistema FDAMS 200.

[0048] A unidade de vídeo 306, através da interface gráfica de usuário (GUI) 205, exibe informações, tais como o índice de precisão de computação para um nó, o perímetro, etc., de modo a permitir que o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública localize a seção defeituosa da rede elétrica. A unidade de vídeo 306, através da interface GUI 205, também exibe informações, tais como elementos de interface de usuário que incluem campos de texto, botões, janelas, etc., de modo a permitir que um usuário provenha suas entradas, tais como limites para a determinação de condições de baixa tensão, nós off-line, etc. A unidade de vídeo 306 compreende, por exemplo, uma tela de cristal líquido, uma tela de plasma, uma tela baseada em diodo orgânico emissor de luz (OLED), etc. Os dispositivos de entrada 307 são usados para a entrada de dados no sistema de computador 300. Os dispositivos de entrada 307 são, por exemplo, um teclado, tal como um teclado alfanumérico, um dispositivo de tela sensível ao toque, e/ou qualquer dispositivo capaz de detectar uma entrada tátil.

[0049] Aplicativos e programas de computador são usados para a operação do sistema de computador 300. Os programas são carregados para a unidade de mídia fixa 308 e para a unidade de memória 302 do sistema de computador 300 através da unidade de mídia removível 309. De acordo com uma modalidade, os aplicativos e programas de computador podem ser carregados através da rede de comunicação 204. Aplicativos e programas de computador são executados ao clicar duas vezes sobre um ícone relacionado exibido na unidade de vídeo 306 usando um dos dispositivos de entrada 307. Os dispositivos de saída 310 emitem os resultados das operações realizadas pelo sistema FDAMS 200. Por exemplo, o sistema FDAMS 200 provê uma representação gráfica da rede elétrica juntamente com as seções potencialmente defeituosas nas linhas de distribuição aéreas, usando os dispositivos de saída 310. De maneira alternativa, as representações gráficas podem incluir estatísticas e análises dos dados históricos associados à rede elétrica, tais como as várias seções de linha de distribuição aérea ou nós onde uma falha de circuito aberto ocorreu no passado.

[0050] O processador 301 executa um sistema operacional. O sistema de computador 300 utiliza o sistema operacional para a execução de múltiplas tarefas. O sistema operacional é responsável pelo monitoramento e coordenação de atividades e compartilhamento de recursos do sistema de computador 300. O sistema operacional monitora ainda a segurança do sistema de computador 300, dos dispositivos periféricos conectados ao sistema de computador 300, e das conexões de rede. O sistema operacional utilizado no sistema de computador 300 reconhece, por exemplo, as entradas providas pelos usuários que utilizam um dentre os dispositivos de entrada 307, a tela de saída, os arquivos, e os diretórios localmente armazenados na unidade de mídia fixa 308. O sistema operacional do sistema de computador 300 executa diferentes programas que utilizam o processador 301. O processador 301 e o sistema operacional, em conjunto, definem uma plataforma de computador na qual programas aplicativos com linguagens de programação de alto nível são gravados.

[0051] O processador 301 do sistema de computador 300 utilizado pelo sistema FDAMS 200 recupera as instruções definidas pelos módulos 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200 para a realização das respectivas funções apresentadas na descrição detalhada da Figura 2. O processador 301 recupera as instruções para a execução dos módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200 por parte da unidade de memória 302. Um contador de programa determina a localização das instruções na unidade de memória 302. O contador de programa armazena um número que identifica a posição corrente no programa de cada um dos módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200. As instruções buscadas pelo processador 301 da unidade de memória 302 depois de serem processadas são decodificadas. As instruções são armazenadas em um registrador de instrução do processador 301. Após processamento e decodificação, o processador 301 executa as instruções, desta maneira executando um ou mais processos definidos por essas instruções.

[0052] No momento da execução, as instruções armazenadas no registrador de instrução são examinadas a fim de determinar as operações a serem realizadas. O processador 301, em seguida, executa as operações especificadas. As operações compreendem operações aritméticas e operações lógicas. O sistema operacional realiza múltiplas rotinas para a execução de diversas tarefas requeridas para atribuir os dispositivos de entrada 307, os dispositivos de saída 310, e uma memória para a execução dos módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200. As tarefas realizadas pelo sistema operacional compreendem, por exemplo, a atribuição de memória aos módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200, e aos dados usados pelo sistema FDAMS 200, a movimentação de dados entre a unidade de memória 302 e as unidades de disco, e a manipulação de operações de entrada / saída. O sistema operacional realiza as tarefas em solicitação pelas operações e, após a realização das tarefas, o sistema operacional transfere o controle de execução de volta para o processador 301. O processador 301 continua a execução no sentido de obter uma ou mais saídas. As saídas da execução nos módulos, por exemplo, 201, 202, etc., do sistema FDAMS 200 são exibidas ao usuário na interface GUI 205.

[0053] Para fins de ilustração, a descrição detalhada se refere ao sistema FDAMS 200 que é localmente executado no sistema de computador 300, no entanto, o âmbito de aplicação da presente invenção não se limita ao sistema FDAMS 200 que é localmente executado no sistema de computador 300 através do sistema operacional e do processador 301, mas poderá ser estendido para uma execução remota pela rede de comunicação 204 com o uso de um navegador da web e de um servidor remoto, um telefone móvel, ou outros dispositivos eletrônicos. Uma ou mais porções do sistema de computador 300 poderá ser distribuída através de um ou mais sistemas de computador (não mostrados) acoplados a uma rede de comunicação 204.

[0054] A presente invenção se refere ainda a um produto de programa de computador compreendendo um meio de armazenamento não transitório legível por computador que armazena códigos de programa de computador que compreendem instruções executáveis por pelo menos um processador 301 para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas, tal como apresentado na descrição acima mencionada. O produto de programa de computador compreende um primeiro código de programa de computador para a obtenção de dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor montado na linha de distribuição aérea; um segundo código de programa de computador para a determinação de parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida no um ou mais nós; e um terceiro código de programa de computador para a geração de uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha, cuja saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós.

[0055] De acordo com uma modalidade, uma única parte do código de programa de computador que compreende instruções executáveis por computador, realiza uma ou mais etapas do método implementado por computador de acordo com a presente invenção, para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas. Os códigos de programa de computador que compreendem instruções executáveis em computador são incorporados no meio de armazenamento não transitório legível por computador. O processador 301 do sistema de computador 300 recupera essas instruções executáveis por computador e executa as mesmas. Quando as instruções executáveis por computador são executadas pelo processador 301, as instruções executáveis por computador acarretam o processador 301 realizar as etapas do método para o gerenciamento de falhas de circuito aberto em linhas de distribuição aéreas.

[0056] A Figura 4 ilustra uma representação gráfica exemplar de uma seção de uma rede elétrica 400 tendo um jumper aberto 401 na mesma que é detectada através do método implementado por computador mostrado na Figura 1, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A rede elétrica 400 mostrada no presente documento compreende uma seção tendo os nós N1-N7, dentre os quais os nós N1, N2, N3, e N4 são para um ramal, e são conectados a uma carga L1 através de um transformador 403A, e os nós N1, N5, N6, e N7 formam um outro ramal, e são conectados a uma carga L2 através de um transformador 403B. O nó N1 é conectado a um barramento de uma subestação 402. A rede elétrica 400 é uma rede elétrica de distribuição trifásica tendo linhas de distribuição aéreas também referidas como condutores de energia que correm ao longo de cada um dos alimentadores, ou seja, entre a subestação 402 e as cargas L1 e L2. Cada linha de distribuição aérea tem um sensor F1, F2, ou F3 montado na mesma em proximidade aos respectivos nós N1-N7, tal como mostrado na Figura 4. Os sensores F1-F3 são, por exemplo, sensores de falha, sensores V/I, etc., que são capazes de monitorar a tensão e a corrente no correspondente alimentador.

[0057] O método implementado por computador descrito no presente documento monitora continuamente a rede elétrica 400 ao obter as tensões de cada um dos sensores F1-F3 em cada um dos nós N1- N7 da rede elétrica 400. Quando há uma condição de baixa tensão em pelo menos um dos nós, o método implementado por computador iniciará outras etapas no correspondente alimentador. Uma condição de baixa tensão ocorrerá, por exemplo, quando a tensão de linha registrada pelo sensor F1-F3 for menor que 70 % da tensão nominal, porém maior que 45 % da tensão nominal.

[0058] Tal como mostrado na Figura 4, existe um jumper aberto 401 no ramal do alimentador que tem os nós N1-N4. Senso assim, uma condição de baixa tensão é reportada por um dos sensores F1-F3 do ramal correspondente, por exemplo, nos nós N3 e N4. Desta maneira, o método implementado por computador se concentra sobre esse ramal do alimentador que tem os nós N1-N4. O método implementado por computador obtém ainda os valores de corrente dos sensores F1-F3 nos nós N3 e N4 e verifica se existe uma queda rápida na corrente de linha identificada na mesma.

[0059] Caso positivo, ou seja, se ambos os nós N3 e N4 apresentarem tanto as condições de uma baixa tensão como também uma taxa de mudança negativa de corrente, então o método implementado por computador se concentrará sobre o nó N3, uma vez que o mesmo está mais próximo da fonte. O método implementado por computador para a fase correspondente, ou seja, a linha de distribuição aérea, no nó N3, determina um número total de predecessores NTNP de um nó N calculado como um número de nós que precedem o nó N no alimentador na direção da subestação. Por exemplo, o número NTNP de N3 será 2.

[0060] Em seguida, o método implementado por computador para o nó N3 determina um número de nós predecessores off-line NOFF de um nó N calculado como o número total de nós, e os sensores F1-F3 com os quais não têm se comunicado por um período de tempo maior que um predeterminado limite, tal como por mais de uma hora, ou no momento da ocorrência de um evento de falha. Os nós predecessores off-line são calculados como os nós adjacentes um ao outro e em proximidade ao nó N3 que se encontra off-line.

[0061] Por exemplo, o número NOFF de N3, pressupondo que o nó N2 estava off-line e que o nó N1 estava on-line, o número NOFF para o nó N3 será 1.

[0062] No entanto, considere-se um exemplo no qual o alimentador tem vários nós N1A-N1D, ao invés de um único nó N1, conectados entre a subestação 402 e o nó N2, de tal modo que o nó N3 tenha, nesse caso, cinco nós entre si próprio e a subestação 402. Considerese que os nós N1D e N1B se encontram também off-line juntamente com o nó N2 no momento da ocorrência de uma falha. Deste modo, os nós off-line em termos de suas posições com relação ao nó N3 serão o primeiro nó que é o nó N2, o segundo nó que é o nó N1D, e o quarto nó que é o nó N1B a partir do nó N3. Nesse caso, o número total de predecessores off-line para o nó N3 será dois incluindo o nó N2 e o nó N1D, uma vez que esses são os nós adjacente um ao outro, off-line, e em proximidade ao nó N3.

[0063] O método implementado por computador, em seguida, determina um perímetro PN como o nó predecessor on-line mais próximo. Por exemplo, o perímetro PN3 para o nó N3 será o nó N1 considerando que exista um nó predecessor on-line mais próximo.

[0064] Posto que, o método implementado por computador determina um índice de precisão de computação IN para um nó N, como a expressão:

Na qual um índice de precisão de computação de 1 indica a precisão mais alta possível de uma falha, ou seja, um jumper aberto, enquanto que um índice de precisão de computação de 0 indica a precisão mais baixa possível de uma falha.

[0065] Por exemplo, o índice de precisão de computação IN3 para o nó N3 = 1-(1/2) = 0,5.

[0066] O método implementado por computador, em seguida, cria uma entrada EN para um nó N tendo na mesma o nó N, o índice de precisão de computação IN, e o perímetro P:

[0067] Essa entrada EN é, em seguida, adicionada a uma lista mantida para o alimentador correspondente. Por exemplo, a lista para o alimentador (LFeeder) que tem uma condição de jumper aberto 401, tal como mostrado na Figura 4, compreende a expressão:

[0068] A lista é povoada para cada um dos nós N1-N7 da linha de distribuição aérea monitorada pelo sensor F1, F2, ou F3 na qual uma condição de baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa de corrente de linha é detectada. Sendo assim, a partir da lista acima, o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública poderá facilmente perceber que o perímetro de pesquisa do nó N3 até o nó N1 precisa ser monitorado para um reparo da condição de falha, que é um jumper aberto.

[0069] O método implementado por computador e o sistema de detecção e gerenciamento de falhas (FDAMS), por conseguinte, permitem que o pessoal de manutenção de serviço de utilidade pública localize a seção defeituosa de uma linha de distribuição aérea com muito menos tempo em comparação com as técnicas e soluções prevalecentes.

[0070] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a certas modalidades, deve-se apreciar que a presente invenção não se limita a essas modalidades. Tendo em vista a presente invenção, muitas modificações e variações estarão presentes por si sós às pessoas versadas na técnica, sem se afastar do âmbito de aplicação das diversas modalidades da presente invenção, tal como descrita nesse documento. O âmbito de aplicação da presente invenção será, por conseguinte, indicado pelas reivindicações a seguir e não pela descrição acima exposta. Todas as mudanças, modificações, e variações que recaiam dentro do significado e faixa de equivalência das reivindicações devem ser consideradas dentro do seu âmbito de aplicação.

Claims (14)

1. Método implementado por computador (100) para o gerenciamento de uma falha de circuito aberto em uma linha de distribuição aérea de uma rede elétrica (400), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

   • - obter (101) dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor (F1-F3) montado na linha de distribuição aérea; - determinar (107) parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós (N1-N7) da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida no um ou mais nós (N1-N7); e
   • - gerar (108) uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha, cuja saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós (N1-N7).
2. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de linha de distribuição aérea compreendem uma tensão de linha e a corrente de linha presente em um nó (N1-N7) em tempo real.
3. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a condição de nó predefinida em um nó (N1-N7) compreende uma baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa da corrente de linha no nó (N1-N7).
4. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de determinar (102) a ocorrência de uma baixa tensão no nó (N1-N7) com base na tensão de linha dos dados de linha de distribuição aérea e em um predeterminado limite de tensão.
5. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os parâmetros de detecção de falha associados a um nó (N1-N7) compreendem um número total de predecessores do nó (N1-N7), um número total de predecessores off-line do nó (N1-N7), um perímetro do nó (N1-N7), e um índice de precisão de computação do nó (N1-N7).
6. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de calcular (107D) o índice de precisão de computação de um nó (N1-N7) com base no número total de predecessores do nó (N1-N7) e no número total de predecessores off-line do nó (N1-N7).
7. Método implementado por computador (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o índice de precisão de computação do nó (N1-N7) varia entre 0 e 1.
8. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a saída compreende uma lista dos parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós (N1-N7).
9. Método implementado por computador (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de armazenar (110) a lista dos parâmetros de detecção de falha em um banco de dados de gerenciamento de falha (203)
10. Produto de programa de computador tendo instruções legíveis por máquina que são armazenadas no mesmo, caracterizado pelo fato de que quando executadas por uma ou mais unidades de processamento, acarretam as unidades de processamento realizarem o método implementado por computador (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
11. Sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200) para o gerenciamento de uma falha de circuito aberto em uma linha de distribuição aérea de uma rede elétrica (400), caracterizado pelo fato de que compreende:

    • - um meio de armazenamento não transitório legível por computador que armazena as instruções de programa de computador definidas pelos módulos do sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200);
    • - pelo menos um processador (301) comunicativamente acoplado ao meio de armazenamento não transitório legível por computador, no qual o pelo menos um processador (301) executa as instruções de programa de computador; e
    • - os módulos do sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200) que compreendem:
    • - um módulo de recepção de dados (201) configurado para obter dados de linha de distribuição aérea a partir de um sensor (F1- F3) montado na linha de distribuição aérea, no qual os dados de linha de distribuição aérea compreendem uma tensão de linha e a corrente de linha presente em um nó (N1-N7) em tempo real;
    • - um módulo de processamento de dados (202) configurado para determinar parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós (N1-N7) da linha de distribuição aérea na ocorrência de uma condição de nó predefinida no um ou mais nós (N1-N7), no qual os parâmetros de detecção de falha associados a um nó (N1-N7) compreendem um número total de predecessores do nó (N1-N7), um número total de predecessores off-line do nó (N1-N7), um perímetro do nó (N1-N7), e um índice de precisão de computação do nó (N1-N7), e no qual a condição de nó predefinida em um nó (N1-N7) compreende uma baixa tensão ou uma taxa de mudança negativa da corrente de linha no nó (N1-N7); e
    • - o módulo de processamento de dados (202) sendo configurado para gerar uma saída com base nos parâmetros de detecção de falha, no qual a saída indica a potencial presença de um circuito aberto em um ou mais nós (N1-N7), e cuja saída compreende uma lista dos parâmetros de detecção de falha associados a um ou mais nós (N1-N7)
12. Sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o módulo de processamento de dados (202) é configurado para determinar a ocorrência de uma baixa tensão no nó (N1-N7) com base na tensão de linha dos dados de linha de distribuição aérea e em um predeterminado limite de tensão.
13. Sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o módulo de processamento de dados (202) calcula o índice de precisão de computação de um nó (N1-N7) com base no número total de predecessores do nó (N1-N7) e no número total de predecessores off-line do nó (N1-N7), e no qual o índice de precisão de computação do nó (N1-N7) varia entre 0 e 1.
14. Sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o módulo de processamento de dados (202) armazena a saída em um banco de dados de gerenciamento de falha (203) do sistema de detecção e gerenciamento de falhas (200).

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