BR112014031137B1

BR112014031137B1 - aparelho e método para detecção da descarga parcial

Info

Publication number: BR112014031137B1
Application number: BR112014031137-4A
Authority: BR
Inventors: Roberto Candela; Antonio Di Stefano; Giuseppe Fiscelli; Giuseppe Costantino Giaconia
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2020-12-01
Also published as: CN104380125A; AR091417A1; US20150160282A1; CN104380125B; AU2012382560B2; EP2861999B1; CA2874892C; WO2013185820A1; CA2874892A1; US9933474B2; BR112014031137A2; DK2861999T3; ES2733744T3; EP2861999A1; AU2012382560A1

Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA DETECÇÃO DA DESCARGA PARCIAL Aparelho para detecção da descarga parcial (500), compreendendo: uma estrutura de suporte (3); uma primeira antena (1) configurada para receber sinais eletromagnéticos (Sd) pelo menos parcialmente associados com as descargas parciais de um objeto elétrico (100) e para gerar um primeiro sinal elétrico (Sentrada1); tendo a primeira antena uma primeira área receptora efetiva para as primeiras direções de recepção e uma segunda antena (2) configurada para receber si-nais de ruídos eletromagnéticos (Sr) e para gerar um segundo sinal elétrico (Sentrada2); sendo a primeira e a segunda antenas arranjadas de modo a fazer com que a segunda antena tenha uma segunda área receptora efetiva, para as ditas primeiras direções de recepção, menor do que a dita primeira área receptora efetiva. O aparelho inclui adicionalmente um primeiro módulo de pro-cessamento (600) configurado para gerar, a partir dos ditos primeiro e segundo sinais elétricos, um sinal elétrico da diferença (Ssaída), que representa a diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA DETECÇÃO DA DESCARGA PARCIAL

FUNDAMENTOS Campo técnico

[001] A presente invenção refere-se a técnicas para detecção de descarga parcial. A detecção de descargas parciais é particularmente utilizada para detectar e medir descargas parciais em componentes e aparelhos elétricos tais como: cabos de média e da alta voltagem, juntas de cabos, isolantes de linhas aéreas, quadros de ligação de alta e média voltagem, cabos de alta e extra-alta voltagem que usam a GIS (Mecanismo de Distribuição Isolado a Gás).

Descrição da Técnica Relacionada

[002] O termo descargas parciais é usado para indicar uma indesejada recombinação de cargas elétricas que ocorre no material (isolante) dielétrico de componentes elétricos, quando estes últimos apresentam defeitos de vários tipos, conduzindo eventualmente a uma destruição dielétrica. Aqui, uma corrente de pulsos é gerada em porções do material dielétrico e faz com que uma onda eletromagnética se propague através dos cabos de energia ou de aterramento do sistema elétrico relevante, e se irradiem através dos vários meios circundantes (material dielétrico, metais, ar, etc.)

[003] O documento WO-A-2009-150.627 descreve, inter alia, um dispositivo para detecção de uma descarga parcial de pequeno porte, totalmente isolado e auto energizado, que permite a realização de medições com a mais alta segurança, sem a necessidade de uma conexão direta com o sistema em exame. O dispositivo compreende uma antena de banda larga, adaptada para funcionar como um sensor de campo elétrico, e inclui um primeiro condutor plano (isto é, superfície de aterramento) que coopera com um segundo condutor, cujo perfil dirigido para o primeiro condutor plano em um ponto ou uma linha, sendo o dito segundo condutor menor em cerca de duas ordens de magnitude do que o comprimento de onda do campo a ser detectado, de forma que a antena de banda larga fica não ressonante em uma banda de cerca de 0,1 MHz até cerca de 100 MHz. Por exemplo, o segundo condutor tem a forma de uma esfera oca. Um amplificador eletrônico de banda larga pode ser usado para ajustar a impedância de uma antena e amplificar os sinais captados, para detecção do sinal fraco. O amplificador de banda larga tem uma banda mínima que cai na faixa de cerca de 0,5 MHz até 60 MHz. Uma filtragem fora da banda é realizada por meio de filtros de primeira ordem ou de filtros de segunda ordem que têm uma frequência de corte de algumas dezenas de MHz.

[004] O Requerente observou que ao realizar uma detecção sem fios e sem contatos, uma quantidade considerável de ruído ambiental é também recebida; este ruído pode ser maior do que os pequenos sinais de impulso, gerados em um componente elétrico pela descarga parcial, reduzindo, assim, a precisão do método de sensoriamento.

[005] O Documento US 7183774 descreve um método para detecção de descarga parcial em um equipamento elétrico que emprega uma antena de UHF colocada no receptáculo do equipamento. O método consiste na análise do espectro do sinal eletromagnético capturado pela antena e na identificação no espectro de uma ou mais frequências de interesse. Para identificar a frequência de interesse, o espectro do sinal recebido pela antena é comparado com um espectro de referência. O método inclui um estágio no qual a diferença de amplitude entre os dois espectros é calculada para os valores máximos do pico e para os valores médios dos dois espectros disponíveis em cada frequência.

[006] O Documento JP-A-07-027814 descreve um dispositivo de monitoramento do isolamento para um equipamento de energia elétrica que monitora o estado de isolamento do equipamento elétrico por meio do monitoramento da geração da descarga da corona. O dispositivo é constituído por uma antena de detecção da corona que detecta as ondas eletromagnéticas geradas quando ocorre uma descarga da corona no equipamento energizado, uma antena de detecção de ruído detecta as ondas do ruído externo. Além disto, o dispositivo é também provido de um circuito para processamento de sinal, para remover os sinais de ruídos contidos no sinal para detecção da corona. O circuito de processamento consiste de dois amplificadores e um amplificador de diferencial.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] O Requerente observou que a técnica descrita pelo documento JP-A-07-027814 não garante um cancelamento satisfatório do ruído. O Requerente tratou do problema de projetar um aparelho para detecção da descarga parcial que emprega uma antena para captar os sinais da descarga parcial, que permite a detecção dos pulsos de uma descarga parcial que têm uma amplitude comparável à amplitude dos sinais de ruídos recebidos na mesma antena.

[008] O Requerente descobriu que duas antenas colocadas (em posições remotas ou próximas) de uma forma em que uma antena mostra uma respectiva área efetiva menor do que a área efetiva da outra antena, para supostas direções de entrada dos sinais da descarga parcial, podem prover valores satisfatórios da razão sinal-para-ruído S/N. Em especial, o sinal da antena orientada na direção da suposta fonte de descarga parcial é subtraído do sinal da segunda antena.

[009] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a um aparelho para detecção de descarga parcial que compreende:
uma primeira antena configurada para receber sinais eletromagnéticos, pelo menos parcialmente, associados com as descargas parciais de um objeto elétrico e para gerar um primeiro sinal elétrico; tendo a primeira antena uma primeira área receptora efetiva para as primeiras direções de recepção;
uma segunda antena configurada para receber sinais de ruídos eletromagnéticos e para gerar o segundo sinal elétrico; sendo as primeira e a segunda antenas arranjadas para fazer com que a segunda antena tenha uma segunda área receptora efetiva, para as ditas primeiras direções de recepção, menor do que a dita primeira área receptora efetiva; e
um primeiro módulo de processamento configurado para receber os ditos primeiro e segundo sinais elétricos e para gerar um sinal elétrico da diferença, que representa a diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.

[0010] Vantajosamente, pelo menos uma entre a primeira antena e a segunda antena é uma antena direcional. Preferencialmente, ambas, a primeira antena e a segunda antena, são antenas direcionais.

[0011] Vantajosamente, a primeira e a segunda antena são colocadas sobre uma estrutura de suporte compartilhada. A estrutura de suporte compartilhada pode ser uma porção de uma entre a primeira e a segunda antena.

[0012] Preferencialmente, no aparelho da invenção a primeira antena tem uma terceira área efetiva para segundas direções de recepção, diferentes das ditas primeiras direções de recepção; e a segunda antena tem uma quarta área efetiva para segundas direções de recepção, sendo a dita quarta área efetiva igual ou maior do que a terceira área efetiva. Desta forma, a segunda antena é mais sensitiva ao ruído do que a primeira antena.

[0013] Preferencialmente, no aparelho da invenção, a primeira antena é arranjada, por exemplo, sobre uma estrutura de suporte, de modo a ter pelo menos 90% da energia recebida, em um primeiro padrão de radiação, incluídos em um primeiro meio-espaço; e a segunda antena é arranjada, por exemplo, sobre a mesma estrutura de suporte, de modo a ter pelo menos 90% da energia recebida, em um segundo padrão de radiação, incluídos em um segundo meio-espaço oposto ao primeiro meio-espaço, em relação a um plano de referência que separa o primeiro meio-espaço do segundo meio-espaço.

[0014] Mais preferencialmente, a primeira antena é arranjada, por exemplo, sobre uma estrutura de suporte, para mostrar os valores máximos do respectivo ganho da recepção, para as direções de entrada que ficam sobre o primeiro meio-espaço, e a segunda antena é arranjada, por exemplo, estruturada e montada sobre a mesma estrutura de suporte, para mostrar os valores máximos do respectivo ganho da recepção, para as direções de entrada adicionais, que ficam sobre o primeiro meio-espaço.

[0015] No caso em que, ambas, a primeira antena e a segunda antena, são direcionais e têm substancialmente diagramas de recepção não sobrepostos, a primeira antena preferencialmente inclui um primeiro condutor de antena e um condutor plano configurado para operar como superfície de aterramento para o primeiro condutor de antena.

[0016] Preferencialmente a primeira antena tem forma esférica.

[0017] Preferencialmente a segunda antena é uma antena laminar ou de quadro.

[0018] Em uma modalidade da presente invenção, a estrutura de suporte compartilhada do aparelho da invenção compreende uma porção plana que inclui: um primeiro lado no qual é montado o primeiro condutor de antena e um segundo lado, oposto ao primeiro lado, no qual o dito segundo condutor de antena é montado.

[0019] Preferencialmente, a estrutura de suporte compreende uma placa de circuito impresso que inclui o módulo de processamento.

[0020] Preferencialmente, a placa de circuito impresso compreende terminais elétricos conectados com a primeira antena e a segunda antena, e um elemento de suporte conectando mecanicamente o primeiro condutor de antena com a placa de circuito impresso.

[0021] Preferencialmente, o módulo de processamento do aparelho da invenção compreende um módulo de diferença configurado para gerar o dito sinal elétrico da diferença. O módulo da diferença pode ser selecionado a partir um componente eletrônico ativo, um transformador de voltagem, ou um transformador de voltagem com derivação central.

[0022] Na presença de um módulo de diferença, a primeira antena é estruturada para detectar, por acoplagem capacitiva, um sinal elétrico de sincronização que representa a tendência da voltagem elétrica suprida pelo objeto elétrico.

[0023] Vantajosamente, o aparelho da presente invenção inclui adicionalmente um módulo de sincronização configurado para amplificar o dito sinal elétrico de sincronização e prover um sinal elétrico de sincronização amplificado.

[0024] Em uma modalidade preferencial o dito primeiro módulo de processamento compreende ainda um primeiro módulo de filtragem passa alto conectado com a primeira antena, e um segundo módulo de filtragem passa alto conectado com a segunda antena, sendo o primeiro e o segundo módulos de filtragem de passa alta configurados para desacoplar o sinal elétrico da sincronização dos ditos primeiro e segundo sinais elétricos.

[0025] No caso do módulo da diferença ser um componente eletrônico ativo, o dito componente eletrônico ativo compreende um amplificador operacional em uma configuração de retroalimentação negativa de não inversão. O amplificador operacional vantajosamente compreende um terminal de não inversão configurado para receber o dito primeiro sinal elétrico; um terminal inversor configurado para receber o dito segundo sinal elétrico; e um terminal de saída configurado para prover o sinal elétrico da diferença, que representa a diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.

[0026] Em outra modalidade da invenção, o aparelho inclui adicionalmente um dispositivo de aquisição e análise compreendendo: um conversor de digital para analógico estruturado para produzir, a partir do sinal elétrico da diferença, uma pluralidade de amostras correspondentes; um módulo de disparo da aquisição para selecionar amostras de aquisição, a partir da dita pluralidade de amostras; uma memória configurada para armazenar as amostras de aquisição selecionadas; um processador estruturado para gerar sinais de comando a serem enviados para o módulo de disparo da aquisição e uma memória.

[0027] Preferencialmente, o módulo de medição é estruturado para receber o sinal elétrico da sincronização amplificado a partir do módulo de sincronização e para prover parâmetros elétricos para o processador.

[0028] O dispositivo de aquisição e análise preferencialmente inclui adicionalmente um módulo de transceptor, estruturado para enviar/receber dados/comandos para/de um módulo de processador externo.

[0029] Em uma modalidade preferencial, o aparelho da invenção tem a primeira antena configurada para receber sinais que têm uma frequência incluída na faixa de 0,1 MHz a 100 MHz e a segunda antena configurada para receber sinais que têm uma frequência incluída na faixa de 0,1 MHz a 100 MHz.

[0030] Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para detecção da descarga parcial, que compreende:
posicionamento de uma primeira antena direcional, para ter uma primeira área receptora efetiva, para as primeiras direções de recepção;
recepção, pela primeira antena, de sinais eletromagnéticos pelo menos parcialmente associados com as descargas parciais de um objeto elétrico;
geração, pela primeira antena, de um primeiro sinal elétrico correspondente aos sinais eletromagnéticos recebidos;
posicionamento de uma segunda antena direcional para ter uma segunda área receptora efetiva, para as ditas primeiras direções de recepção, menor do que a dita primeira área receptora efetiva;
recepção pela segunda antena dos sinais de ruídos eletromagnéticos;
geração, pela segunda antena, de um segundo sinal elétrico correspondente aos ditos sinais de ruídos eletromagnéticos recebidos;
processamento dos ditos primeiro e segundo sinais elétricos para produzir um sinal elétrico da diferença, que representa uma diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.

[0031] Na presente descrição e reivindicações, como “antena direcional” deve ser entendida uma antena que irradia ou recebe ondas eletromagnéticas mais efetivamente em algumas direções do que em outras. Em especial, como “antena direcional” deve ser entendida uma antena que tem uma razão Frente/Costa maior do que 0 dB, preferencialmente, maior do que1 dB. O parâmetro Frente/Costa, expresso em decibéis, é a razão entre o parâmetro do ganho associado com o principal lobo do padrão de radiação e o parâmetro do ganho associado com o lobo oposto do padrão de radiação. O parâmetro de ganho de uma antena é a razão entre a energia produzida pela antena, a partir de uma fonte em campo distante, sobre o eixo do feixe da antena, e a energia produzida por uma antena isotrópica hipotética sem perda, que é igualmente sensitiva aos sinais a partir de todas as direções.

[0032] Na presente descrição e nas reivindicações, com referência à antena, como “direção de recepção dos sinais” ou “direção de entrada dos sinais” deve ser entendida a direção da qual se supõe que os sinais venham.

[0033] Na presente descrição e nas reivindicações, como “área efetiva” de uma antena deve ser entendida uma medida de quão efetiva uma antena é na recepção da energia das ondas eletromagnéticas em cada direção de entrada. A área efetiva de uma antena depende de outro parâmetro que caracteriza o comportamento da antena, que é a diretividade da antena. Na presente descrição, os termos “área efetiva” e “diretividade” serão ambos utilizados como parâmetros alternativos que caracterizam a capacidade de recepção da energia a partir de uma direção específica de uma antena.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0034] As características adicionais e vantagens ficarão mais aparentes a partir da descrição que se segue de uma modalidade preferencial e das suas alternativas, fornecidas a título de exemplos, e tendo por referência os desenhos anexos nos quais:
a Figura 1 mostra uma modalidade de um sistema de aquisição da descarga parcial, compreendendo uma primeira antena, uma segunda antena e um módulo da diferença;
a Figura 2 mostra esquematicamente um componente eletrônico ativo que pode ser empregado pelo dito módulo da diferença;
a Figura 3 mostra esquematicamente um transformador de voltagem primário com derivação central, que pode ser empregado pelo dito módulo da diferença;
a Figura 4 mostra um primeiro diagrama de radiação da primeira antena e um segundo diagrama de radiação da segunda antena;
a Figura 5 é uma modalidade do módulo da diferença que emprega um amplificador operacional;
a Figura 6 mostra uma modalidade de um módulo de sincronização incluído no dito sistema de aquisição da descarga parcial;
a Figura 7 mostra uma modalidade do dispositivo de aquisição e análise, incluído no dito sistema de aquisição da descarga parcial;
as Figuras 8A e 8B mostram duas diferentes vistas de uma modalidade específica do dito sistema de aquisição de descarga parcial; e,
a Figura 9 mostra resultados experimentais obtidos com o sistema de aquisição da descarga parcial das figuras 8a e 8B.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] A Figura 1 mostra um objeto elétrico 100 e um sistema de aquisição da descarga parcial 500 que compreende um aparelho para detecção da descarga parcial 400 e um dispositivo de aquisição e análise 300 opcional.

[0036] O objeto elétrico 100 pode ser qualquer tipo de componente, dispositivo, aparelho ou sistema que possa produzir os pulsos eletromagnéticos de uma descarga parcial, e é a título de exemplo: um cabo de média ou alta voltagem, uma junta de cabos, um isolante de linha aérea, quadro de ligação de média e alta voltagem, um cabo de alta e extra-alta voltagem que usa um GIS (Mecanismo de Distribuição Isolado a Gás), um motor elétrico ou gerador ou um transformador de alta ou média voltagem.

[0037] O sistema de aquisição da descarga parcial 500 é um aparelho eletrônico que pode ser empregado para detectar, medir e/ou analisar as descargas parciais geradas por fontes elétricas como o objeto elétrico 100. Especificamente, o sistema de aquisição da descarga parcial 500 pode ser portátil e ser incluído em um estojo não mostrado nas figuras.

[0038] O sistema de aquisição da descarga parcial 500 é configurado para ser colocado na proximidade do objeto elétrico100, para receber de acordo com um modo sem fios e sem contato, os sinais eletromagnéticos da descarga Sd correspondentes aos pulsos da descarga parcial emitidos pelo objeto elétrico100. Deve ser observado também que os sinais de ruídos eletromagnéticos Sr que podem perturbar a detecção dos sinais eletromagnéticos, que correspondem aos pulsos da descarga parcial, podem estar presentes na área na qual o sistema de aquisição de descarga parcial 500 é empregado.

[0039] Os sinais da descarga Sd a serem detectados podem ser pulsos de onda eletromagnética que têm frequências incluídas na faixa de 0,1 MHz até 100 MHz. Os sinais de ruídos Sr têm tipicamente frequências incluídas na mesma faixa de 0,1 MHz até 100 MHz.

[0040] O aparelho para detecção de descarga parcial 400 (daqui em diante denominado também “aparelho de detecção”, por razões de concisão) compreende uma primeira antena1 e uma segunda antena 2 que podem ser, ambas, montadas, a título de exemplo, sobre uma estrutura de suporte compartilhada 3, de acordo com uma primeira modalidade da invenção. A primeira antena1 é configurada para receber os sinais da descarga Sd, mas, pode também receber os sinais de ruídos eletromagnéticos Sr indesejados.

[0041] Em mais detalhes, com referência a um primeiro conjunto de direções de entrada da radiação, a primeira antena 1 é estruturada para mostrar uma primeira área efetiva Aef1 que tem um primeiro valor ou valores Aef1-dr1. Particularmente, o primeiro conjunto de direções de entrada corresponde às direções de entrada dos sinais da descarga Sd.

[0042] A segunda antena 2 é configurada para receber os sinais de ruídos eletromagnéticos Sr presentes na área na qual o sistema de aquisição de descarga parcial 500 é empregado. Em alguns casos, a segunda antena 2 pode também receber sinais da descarga Sd. Entretanto, a segunda antena 2 é estruturada para mostrar uma segunda área efetiva Aef2 que, para o dito primeiro conjunto de direções de radiação de entrada, tem um segundo valor ou valores Aef2-dr1 que é menor do que o dito primeiro valor Aef1-dr1 da primeira antena 1:
Aef1-dr1 > Aef2-dr1 (1)

[0043] Particularmente, o primeiro valor Aef1-dr1 é pelo menos dez vezes o segundo valor Aef2-dr1.

[0044] A relação (1) para o primeiro conjunto de direções de radiação de entrada significa que a primeira antena 1 é mais sensitiva aos sinais da descarga Sd do que a segunda antena 2.

[0045] Com referência ao segundo conjunto de radiações de entrada, a primeira antena 1 mostra uma primeira área efetiva Aef1 que tem um terceiro valor ou valores Aef1-dr2 e a segunda antena 2 mostra uma segunda área efetiva Aef2 que tem um quarto valor ou valores Aef2-dr2. Particularmente, o segundo conjunto de direções de entrada corresponde às direções de entrada dos sinais de ruídos eletromagnéticos Sr.

[0046] De acordo com uma modalidade particular, o aparelho para detecção de descarga parcial 400 é configurado de forma que a relação a seguir é válida para a primeira e a segunda antena 1 e 2, com referência ao segundo conjunto de direções de entrada:
Aef2-r2 ≥Aef1-dr2 (2)

[0047] De acordo com a relação (2) o(s) quarto valor/res Aef2-dr2 são iguais ou maiores do que o(s) terceiro valor/res Aef1-dr2. Particularmente, o quarto valor Aef2-dr2 é pelo menos dez vezes o terceiro valor/res Aef1-dr2.

[0048] A relação (2) para o segundo conjunto de direções de radiações de entrada significa que a segunda antena 2 é igualmente ou mais sensitiva aos sinais de ruídos eletromagnéticos Sr do que a primeira antena 1.

[0049] De acordo com um primeiro exemplo, a primeira antena 1 e/ou a segunda antena 2 são antenas direcionais. Particularmente, a primeira antena 1 e a segunda antena 2 mostram diferentes padrões tridimensionais de radiação. Particularmente, o aparelho para detecção de descarga parcial 400 é projetado de uma forma tal que a primeira antena 1 pode prover uma detecção sensitiva e precisa do sinal de descarga Sd, de forma que a primeira antena 1 é projetada para fazer com que a primeira área efetiva Aef1 mostre um valor maior para o primeiro conjunto de direções de entrada.

[0050] Além do mais, o aparelho para detecção de descarga parcial 400 é projetado de uma forma tal que a segunda antena 2 pode prover a detecção dos sinais de ruídos Sr, de forma que a segunda antena 2 é projetada para fazer com que a segunda área efetiva Aef2 mostre um valor maior para o segundo conjunto de direções de entrada.

[0051] Preferencialmente, a primeira antena 1 tem uma diretividade que tem um parâmetro Frente/Costa compreendido entre 3 e 30 dB; mais preferencialmente, o parâmetro Frente/Costa fica compreendido entre 6 dB e 10 dB. A segunda antena 2 tem uma diretividade que tem um parâmetro Frente/Costa maior do que o parâmetro Frente/Costa da primeira antena 1 e, preferencialmente, compreendido entre 10 e 30 dB; mais preferencialmente o parâmetro Frente/Costa da segunda antena 2 fica compreendido entre 11 e 20 dB.

[0052] A título de exemplo, a primeira antena 1 pode ser uma das seguintes antenas: uma pequena antena laminar, antena de quadro, antena dipolo e de banda ultralarga. Uma antena esférica particular que pode ser usada como uma primeira antena 1 será descrita daqui em diante.

[0053] A segunda antena 2 pode ser, por exemplo, uma antena laminar, uma antena de quadro, um dipolo, uma de banda ultralarga ou uma antena esférica analogamente à primeira antena 1. De acordo com a primeira modalidade representada na figura 1, o aparelho para detecção de descarga parcial 400 compreende ainda um módulo da diferença 600, que tem um primeiro terminal de entrada 4 conectado, por meio de uma primeira linha condutiva 5, a um primeiro terminal de saída 6 da primeira antena 1 e um segundo terminal de entrada 7 conectado, por meio de uma segunda linha condutiva 8, a um segundo terminal de saída 9 da segunda antena 2.

[0054] Além do mais, a primeira antena 1 é configurada para receber os sinais da descarga Sd e o indesejado sinal de ruído Sr e convertê-los em um primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 (por exemplo, uma corrente elétrica) disponível na primeira linha condutiva 5. A segunda antena 2 é configurada para receber o sinal de ruído Sr e também uma parte dos sinais da descarga Sd e convertê-los em um segundo sinal elétrico recebido Sentrada2 (por exemplo, uma corrente elétrica adicional) disponível na segunda linha condutiva 8.

[0055] A figura 4 mostra, a título de exemplo, um primeiro diagrama de radiação RD1 da primeira antena 1 e um segundo diagrama de radiação RD2 da segunda antena 2, conforme eles podem ser quando a primeira antena 1 e a segunda antena 2 estão posicionadas para operar para a detecção. Particularmente, a figura 4 mostra uma seção vertical de um primeiro padrão de radiação da primeira antena 1 e outra seção vertical de um segundo padrão de radiação da segunda antena 2. Uma seção vertical é uma seção entre um plano vertical, como, por exemplo, um plano perpendicular à superfície de aterramento, e o respectivo padrão. Conforme fica claro para os especialistas na técnica, o diagrama de radiação de uma antena é substancialmente idêntico ao diagrama de recepção da mesma antena. De acordo com o exemplo mostrado na figura 4, o primeiro diagrama RD1 fica substancialmente em um primeiro meio-espaço, ao passo que o segundo diagrama RD2 fica substancialmente no meio-espaço oposto, em relação ao plano de referência, por exemplo, paralelo à superfície de aterramento.

[0056] Particularmente, um primeiro padrão de radiação da primeira antena1 e o segundo padrão de radiação da segunda antena 2 não se sobrepõem um ao outro substancialmente e, particularmente, a primeira antena 1 mostra valores máximos do ganho na recepção para direções de entrada que ficam a um primeiro meio-espaço (a ser orientada para a direção da fonte da descarga parcial esperada). A segunda antena 2 mostra valores máximos do ganho na recepção para direções de entrada que ficam no segundo meio-espaço, que é oposto ao primeiro meio-espaço.

[0057] Preferencialmente, a primeira antena 1 é arranjada sobre a estrutura de suporte 3 de forma a ter pelo menos 90% da energia recebida no primeiro padrão de radiação incluídos no primeiro meio-espaço, e a segunda antena 2 é arranjada sobre a estrutura de suporte 3 de forma a ter pelo menos 90% da energia recebida no segundo padrão de radiação incluídos em um segundo meio-espaço oposto ao primeiro meio-espaço. A título de exemplo, a primeira antena 1 e a segunda antena 2 mostram, ambas, um parâmetro Frente/Costa de 20 dB e, particularmente, elas são orientadas em direções diferentes e, preferencialmente, opostas.

[0058] O módulo da diferença 600 da figura 1 é configurado para gerar um sinal de saída da diferença Ssaída, que representa uma diferença entre o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 e o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2. O módulo da diferença 600 é provido com um terceiro terminal de saída 10 para o sinal de saída da diferença Ssaída.

[0059] De acordo com um exemplo mostrado na figura 2, o módulo da diferença 600 pode compreender um dispositivo eletrônico ativo, tal como um amplificador operacional 11 ou outro tipo de componente eletrônico ativo discreto, adaptado para gerar o sinal de saída da diferença Ssaída. Uma modalidade particular do módulo da diferença 600 que emprega o amplificador operacional 11 será descrito daqui em diante.

[0060] De acordo com outro exemplo mostrado na figura 3, o módulo da diferença 600 pode compreender um dispositivo eletrônico passivo, tal como um transformador elétrico 11, adaptado para gerar o sinal de saída da diferença Ssaída. O transformador elétrico 12 é um transformador de alta frequência. De acordo com o exemplo mostrado na figura 3, o transformador de alta frequência 12, que está em uma configuração com derivação central inclui um primeiro enrolamento 13 que tem dois terminais finais adaptados, respectivamente, para receber o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 e o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2 e um terminal central 15 conectado com um terminal de aterramento elétrico GND. Um segundo enrolamento 14 do transformador de alta frequência 12 é mutuamente acoplado com o primeiro enrolamento 13 e é provido com um terminal para o sinal da diferença 40 para o sinal de saída de diferença Ssaída e um terminal de aterramento GND conectado como o solo no ponto de aterramento elétrico.

[0061] De acordo com a modalidade mostrada na figura 1, o aparelho para detecção de descarga parcial 400 pode também ser provido com um módulo de sincronização 200 que é configurado para receber em um terceiro terminal de entrada 16 um primeiro sinal elétrico de sincronização Ssin1 e prover em um quarto terminal de saída 17 um segundo sinal elétrico de sincronização Ssin2. O primeiro sinal elétrico de sincronização Ssin1 representa o comportamento da voltagem elétrica da CA (Corrente Alternada) suprida ao objeto elétrico 100 em teste, e pode ser obtido, de acordo com uma modalidade, por uma detecção sem fios e sem contatos, realizada pela primeira antena 1, de uma alimentação de sinal eletromagnético Salim gerado pela voltagem elétrica que passa através do objeto elétrico 100. De acordo com esta modalidade, o terceiro terminal de entrada 16 fica conectado com a primeira linha de conexão 5, para receber o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1, incluindo também o primeiro sinal elétrico de sincronização Ssin1 e, particularmente, a primeira antena1 é projetada para operar como um sensor com acoplagem capacitiva para detectar o primeiro sinal elétrico de sincronização Ssin1 a partir da alimentação do sinal eletromagnético Salim. Neste caso, a primeira antena 1 é projetada para oferecer uma acoplagem capacitiva adequada, com a voltagem elétrica da AC (Corrente Alternada) que alimenta o objeto elétrico100 mostrando, a título de exemplo, uma superfície de acoplamento adequada.

[0062] De acordo com outra modalidade, o primeiro sinal elétrico de sincronização Ssin1 pode ser detectado pelo sensor de sincronização 18 que pode ser conectado com o terceiro terminal de entrada 16, tal como outro tipo de sensor posto em contato com o objeto elétrico 100 ou outro componente elétrico que opere na mesma voltagem elétrica suprida pelo objeto elétrico 100.

[0063] Com referência ao módulo da diferença 600, de acordo com outra modalidade, ele pode também ser estruturado para tratar adequadamente o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 e o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2 e, assim, ele pode também compreender um módulo de filtragem passa alto e um módulo de equalização opcional, colocado antes do amplificador operacional 11 ou do transformador elétrico 12.

[0064] A figura 5 refere-se a um exemplo do módulo da diferença 600 no caso em que o amplificador operacional 11 é empregado. O módulo da diferença 600 compreende um primeiro módulo de filtragem passa alto 19 que tem uma respectiva entrada conectada com o primeiro terminal de entrada 4. A título de exemplo, o primeiro módulo de filtro de passa alta 19 pode incluir um primeiro capacitor C1 conectado em série com um primeiro resistor R1. Uma saída do módulo de filtro de passa alta 19 é conectada com um primeiro módulo de equalização opcional 20 que é também conectado com um terminal não inversor “+” do amplificador operacional 11, por meio de um primeiro nodo 25. O primeiro nodo 25 é conectado com um terceiro resistor R3 que é também conectado com o terminal de aterramento GND.

[0065] O módulo da diferença 600 da figura 5 também compreende um segundo módulo de filtro de passa alta 21 que tem uma respectiva entrada conectada com o segundo terminal de entrada 7. A título de exemplo, o segundo módulo de filtro de passa alta 21 pode incluir um segundo capacitor C2 conectado em série com um segundo resistor R2. O primeiro e o segundo módulo de filtro de passa alta 19 e 21 são estruturados para desacoplar o primeiro sinal elétrico de sincronização Ssin1, em baixa frequência, a partir do primeiro e do segundo sinais elétricos recebidos Sentrada1 e Sentrada2, respectivamente.

[0066] Uma saída do segundo módulo de filtro de passa alta 21 é conectada com um segundo módulo de equalização opcional 2 que é também conectado com um terminal inversor “-” do amplificador operacional 11, por meio de um segundo nodo 26. O amplificador operacional 11 é provido com: um primeiro terminal de alimentação 32 para uma voltagem de alimentação V1, um segundo terminal de alimentação 33 conectado a um terminal de aterramento GND e o quinto terminal de saída 24 para o sinal de saída da diferença Ssaída, que pode ser uma voltagem de saída Vsaída. O quinto terminal de saída 24 é conectado com o terceiro terminal de saída 10 por um resistor de saída Rsaída·

[0067] A voltagem de saída Vsaída é dada pela diferença das voltagens aplicadas no terminal não inversor “+” e no terminal inversor “-“ multiplicado por um fator de ganho Aop do amplificador operacional 11. Particularmente, o amplificador operacional 11 é configurado para mostrar uma largura de banda, incluindo pelo menos a largura de banda da primeira antena 1, tal como, a título de exemplo, uma largura de banda variando na faixa de 0,1 MHz até 100 MHz. O amplificador operacional 11 pode incluir um ou mais amplificadores diferenciais, cada qual realizado por meio de um par de transistores, em uma configuração diferencial. Uma pluralidade de estágios de amplificação pode ser incluída no amplificador operacional 11 para obter um ganho de amplificação desejado. O primeiro resistor R1, o segundo resistor R2 e o resistor de retroalimentação Rf mostram os valores das respectivas resistências, que podem ser escolhidas para projetar o fator de ganho Aop do amplificador operacional 11 e para casar com as impedâncias da primeira antena1 e da segunda antena 2, respectivamente.

[0068] Além do mais, de acordo com uma modalidade particular, o amplificador operacional 11 fica na configuração de retroalimentação negativa de não inversão e um resistor de retroalimentação Rf fica conectado entre o quinto terminal de saída 24 e o segundo nodo 26 conectado, por sua vez, com o terminal inversor “-”. A configuração da retroalimentação negativa permite obter um comportamento previsível do módulo da diferença 600. O primeiro equalizador 20 e o segundo equalizador 21 podem ser empregados para compensar uma possível diferença das respostas de frequência da primeira antena 1 e da segunda antena 2.

[0069] Quando em operação, a primeira antena 1 é empregada simultaneamente com a segunda antena 2. A primeira antena 1 capta, de acordo com o seu respectivo diagrama da área efetiva, o sinal de descarga Sd, o sinal do ruído Sr, o sinal eletromagnético da contribuição e da alimentação Salim e gera o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1. A segunda antena 2 capta, de acordo com o respectivo diagrama da área efetiva, o sinal do ruído Sr e parte do sinal da descarga Sd e gera o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2. A segunda antena 2 pode também captar o sinal eletromagnético de alimentação Salim.

[0070] O primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 e o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2 são alimentados para o módulo da diferença 600. Com referência, por exemplo, à modalidade da figura 5, o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 e o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2 são filtrados, respectivamente, pelo primeiro módulo de filtragem passa alto 19 e o segundo módulo de filtragem passa alto 21. Os opcionais primeiro e segundo módulos de equalização 20 e 22 agem sobre o primeiro sinal elétrico recebido Sentrada1 e o segundo sinal elétrico recebido Sentrada2 para equalizar a resposta da diferença de frequência da primeira e da segunda antena 1 e 2 e obtém um primeiro sinal de entrada S1 e um segundo sinal de entrada S2.

[0071] Deve ser observado que graças às condições acima descritas acerca das áreas efetivas da primeira antena1 e da segunda antena 2, o primeiro sinal de entrada S1 carrega uma contribuição do sinal da descarga Sd maior do que o a contribuição do sinal de descarga Sd carregada pelo segundo sinal de entrada S2 que representa substancialmente a contribuição do ruído Sr.

[0072] O primeiro sinal de entrada S1 é alimentado para o terminal não inversor “+” e o segundo sinal de entrada S2 é alimentado para o terminal inversor “-” do amplificador operacional 11. O amplificador operacional 11 produz a diferença entre o primeiro sinal de entrada S1 e o segundo sinal de entrada S2, gerando o sinal de saída da diferença Ssaída no qual a contribuição do ruído é reduzida ou substancialmente removida. O amplificador operacional 11 permite subtrair a contribuição do ruído presente no segundo sinal de entrada S2 a partir do primeiro sinal de entrada S1.

[0073] A figura 6 mostra uma modalidade do módulo de sincronização 200 que compreende um módulo de amplificador 27, tal como um amplificador separador de ganho alto, que tem uma entrada conectada com o terceiro terminal de entrada 16 e um sexto terminal de saída 28 conectado com um módulo de filtro de passa baixa 29. O amplificador separador de alto ganho 27 é também provido com um terceiro terminal de alimentação 30 para a voltagem de alimentação V1 e um quarto terminal de alimentação 31 conectado com o terminal de aterramento GND. A título de exemplo, o amplificador separador de alto ganho 27 é um amplificador de voltagem e tem um ganho maior do que 100. Além do mais, o amplificador separador de alto ganho 27 mostra uma impedância de entrada-saída >1 MOhm, e pode ter uma largura de banda total menor do que 1 kHz. O módulo de filtro de passa baixa 29 inclui, a título de exemplo, um quarto resistor R4 conectado entre o sexto terminal de saída 28 e um terceiro nodo 34 e um terceiro capacitor C3, conectados entre o terceiro nodo 28 e o terminal de aterramento GND. O terceiro nodo 34 é conectado com o quarto terminal de saída 17.

[0074] O dispositivo de aquisição e análise 300 pode ser incluído em um alojamento que também contém o aparelho para detecção de descarga parcial 400 ou pode ser incluído em um alojamento separado. A figura 7 mostra esquematicamente uma modalidade do dispositivo de aquisição e análise 300 que compreende um amplificador programável de banda larga opcional 71 (PGA) que tem uma entrada conectada com o terceiro terminal de saída 10 do módulo da diferença 600, e uma respectiva saída conectada com um conversor de analógico para digital 72. O dispositivo de aquisição e análise 300 também inclui um módulo de controle 73, tal como um Arranjo de Campo de Porta Programável (FPGA) que é estruturado para controlar o amplificador programável de banda larga 71 e receber dados a partir do conversor de analógico para digital 72 (ADC). O amplificador programável de banda larga 71 pode ser programado transmitir para o sinal de saída da diferença Ssaída um valor do desvio e um valor do ganho de amplificação por meio do sinal de desvio Sdesv e um sinal de ganho Sga provido pelo módulo de controle 73, produzindo, assim, um sinal de saída amplificado Ssaídaa.

[0075] O amplificador programável de banda larga 71 permite, a título de exemplo, uma variação contínua do ganho variando de cerca de - 5 dB até + 40 dB. O conversor de analógico para digital 72 é estruturado para ser sincronizado por um sinal de cronômetro CK gerado pelo módulo de controle 73 e para gerar dados convertidos DTA a serem enviados para o módulo de controle 73. O conversor de analógico para digital 72 é, a título de exemplo, capaz de converter 250 mega amostragens por segundo com uma resolução de 8 bit. Esta frequência de amostragens permite adquirir o sinal elétrico da diferença Ssaída com uma resolução de tempo de 4ns. Deve ser observado que a maior parte dos pulsos da descarga parcial é usualmente maior do que a de 0,5 μs, o dispositivo de aquisição e análise 300 permite adquirir a forma de onda do pulso e representá-la com um número de amostras compreendido entre 100 e 200.

[0076] Particularmente, o módulo de controle 73 inclui uma unidade de processamento 74 (PU), tal como um microprocessador, e uma memória 75 (M), tal como uma RAM (Memória de Acesso Randômico). Mais particularmente, a memória 75 pode ser um separador circular. A unidade de processamento 74 é conectada com: um módulo de medição de tempo 77 (TM) e um módulo de sincronização lógica 76 (SINL) configurados para receber o segundo sinal elétrico de sincronização Ssin2. O módulo da sincronização lógica 76 é estruturado para medir a fase do segundo sinal elétrico de sincronização Ssin2 e transferir este valor medido para a unidade de processamento 74.

[0077] Além do mais, uma porta de entrada/saída 77 permite transferir os comandos de saída Comm, gerados pela unidade de processamento 74, para o amplificador programável de banda larga 71 sob a forma de um sinal de desvio Sdesv e de sinal do ganho Sga. O módulo de controle 73 é também provido com um módulo de disparo 78 (TRLM) e com um módulo de geração de endereço 79 (ADD-GEN) configurado para gerar os endereços necessários para escrever novos dados na memória 75 e ler dados armazenados na memória 75, sob o controle da unidade de processamento 74.

[0078] O módulo de disparo 78 é configurado para disparar a memorização de amostras do sinal de saída amplificado Ssaídaa, que sai do amplificador programável de banda larga 71, apenas para valores selecionados do sinal de saída amplificado Ssaídaa, tal como, por exemplo, apenas para pulsos positivos ou pulsos negativos que tenham uma amplitude (isto é, um valor absoluto) maior do que um nível de limiar. O módulo de disparo lógico 78 pode ser um módulo lógico que compreende um ou mais comparadores analógicos para comparar os valores das amostras providas pelo conversor de analógico para digital com um ou mais limiares.

[0079] Além do mais, o módulo de controle 73 compreende um módulo de interface hospedeira 80 (INTF) que permite a transferência de dados para um transceptor 81 (TR), tal como, título de exemplo, um transceptor US/Ethernet, que é configurado para trocar dados/comandos com um processador adicional 82 (a título de exemplo, externo ao sistema de aquisição 500) por uma linha de conexão com fios ou sem fios BD. O processador externo é configurado para realizar o processamento das análises dos dados recebidos permitindo, por exemplo, a representação do comportamento dos pulsos da descarga em um monitor ou a memorização para processamento e consultas subsequentes.

[0080] O módulo de controle 73 pode ainda ser provido com um módulo de extração 83 (por exemplo, um coprocessador CO-P) conectado com a unidade de processamento 74 que é configurado para realizar a extração, particularmente, a extração em tempo real, das características do pulso a partir dos dados armazenados na memória 79. Exemplos de caraterísticas de pulso passíveis de serem extraídas pelo coprocessador incluem: valor e polaridade do pico, fase, energia, duração e estimação grosseira dos parâmetros de Weibull.

[0081] Na operação do módulo de controle 73, a aquisição é iniciada e a unidade de processamento 74 gera um sinal acionando o módulo do disparo 78 o qual produz um sinal de disparo que permite a armazenagem das amostras selecionadas, pela leitura do ângulo de fase das amostras do sinal de saída amplificado Ssaídaa em relação ao segundo sinal de sincronização Ssin2. Os dados coletados podem ser enviados para o processador externo 82.

[0082] O sistema de aquisição da descarga parcial 500 pode ainda incluir uma ou mais baterias para fornecer uma voltagem elétrica para os módulos acima descritos.

[0083] As figuras 8A e 8B mostram duas diferentes vistas de uma modalidade preferencial do sistema para aquisição da descarga parcial 500, conforme levado a efeito pelo Requerente e compreendendo modalidades particulares da primeira antena 1, da segunda antena 2 e da estrutura de suporte 3. Em mais detalhes, a primeira antena 1 é uma antena direcional e, particularmente, é uma antena de banda larga, não ressonante, que compreende um primeiro condutor de antena 90 e um condutor plano 91 funcionando como superfície de aterramento. O primeiro condutor de antena 90 é eletricamente isolado em relação ao condutor plano 91 e eles operam os polos da primeira antena 1. Particularmente, o primeiro condutor de antena 90 tem forma esférica e inclui uma esfera oca, em um material eletricamente condutivo, tal como, por exemplo, metal ou material polimérico. O primeiro condutor de antena de forma esférica 90 mostra, a título de exemplo, um diâmetro compreendido entre 3 e 30 cm, preferencialmente, compreendido entre 5 e 20 cm.

[0084] O primeiro condutor de antena 90 é suportado por um suporte isolado 93 que é fixado sobre a estrutura de suporte 3 que é, de acordo com o exemplo dado, uma placa de circuito impresso (PCB), que inclui circuitos eletrônicos que correspondem ao módulo da diferença 600, ao módulo de sincronização 200 e ao dispositivo de aquisição e análise 300. A superfície de aterramento 91 é colocada no primeiro lado da estrutura de suporte 3 que é voltado para o condutor de antena 90 e é implementada como um laminado metálico.

[0085] De acordo com o exemplo dado, a segunda antena 2 compreende uma respectiva superfície de aterramento, que pode ser a mesma superfície de aterramento 91 da primeira antena 1, e o segundo condutor de antena 94. O segundo condutor de antena 94 é uma pequena antena eletricamente, projetada para obter características elétricas similares às do primeiro condutor de antena 90 e para serem não ressonantes na banda de interesse. Em particular, o segundo condutor de antena 94 pode ser uma pequena antena de dipolo, de quadro ou espiral. Na modalidade representada nas figuras 9A e 9B, o segundo condutor de antena 94 é uma antena laminar realizada em um segundo lado da estrutura de suporte 3 oposto ao primeiro lado. De acordo com um exemplo, a antena laminar 94 é realizada como uma área de cobre cobrindo entre ¼ e ½ da estrutura de suporte 3, funcionando também como placa de circuito impresso, quando um laminado de 1,6 mm de espessura FR4 é usado para fazer a placa de circuito impresso 3. Isto provê características elétricas similares às do primeiro condutor de antena 90. A placa de circuito impresso 3 é provida com terminais elétricos em ambos os lados para contatar o primeiro condutor de antena 90 e o segundo condutor de antena 94.

[0086] A modalidade mostrado nas figuras 8A e 8B permite uma implementação muito compacta e robusta, garante um padrão de radiação complementar apropriado e não afeta a resposta da frequência do primeiro condutor de antena 90, e assim não distorce os pulsos da descarga parcial recebidos Sd. Devido à presença da superfície de aterramento 91, o padrão de radiação da primeira e da segunda antena 1 e 2 é direcional, conforme retratado na figura 4, estendendo-se, assim, na direção oposta a dos meio-espaços. Isto provê uma exposição e uma sensitividade para o sinal da descarga parcial Sd e para o ruído do ambiente Sr da primeira antena 1 e da segunda antena 2, respectivamente, que mostram boas performances.

[0087] De acordo com modalidades adicionais, o primeiro condutor de antena 90 pode também ter outra forma bidimensional ou tridimensional, tal como uma forma plana; por exemplo: forma de triângulo, forma de ponta ou forma de disco. O primeiro condutor de antena 90 pode ser análogo à antena descrita no pedido de registro de patente WO-A-2009-150627.

[0088] A Figura 9 mostra o resultado de um teste realizado com um sistema de aquisição da descarga parcial 500, implementado de acordo com a modalidade descrita com referência às figuras 8A e 8B. A configuração experimental empregou uma fonte de descarga parcial simulada, realizada com um Gerador de Forma de Onda Arbitrária Tektronix AFG3102, configurado para gerar um padrão regular de sinais impulsivos (período 1 us, tempo de subida/queda de 10/20ns), conectado a uma antena dipolo com 10 cm de comprimento. A primeira antena 1 empregada neste experimento incluiu um primeiro condutor de antena de forma esférica 90, com um diâmetro de 7 cm.

[0089] O sistema de aquisição da descarga parcial 500 foi colocado a cerca de 20 cm da fonte simulada PD, apontando a primeira antena 1 em sua direção. O teste foi realizado em um ambiente com muito ruído devido à presença de conversores de comutação e motores.

[0090] Um osciloscópio digital Tektronix DSO3034 (com quatro canais, largura de banda de 350 MHz) foi conectado ao primeiro terminal de saída 6 e ao segundo terminal de saída 9 de cada uma da primeira e segunda antenas e no terceiro terminal de saída 10 para receber o sinal elétrico da diferença Sdif.

[0091] As três formas de onda resultantes são mostradas na Figura 9: a forma de onda superior Wn é a saída da segunda antena 2, a forma de onda do centro Wpd é a saída da primeira antena 1, a forma de onda inferior Wd é a saída do sistema de aquisição da descarga parcial 500. Pode ser observado que, ambas, a primeira e a segunda antenas 1 e 2 recebem fortes rompantes de ruído (maiores do que 200 mVpp), consideravelmente maiores do que os pulsos recebidos PD. Conforme esperado, os pulsos PD não são visíveis na forma de onda Wn recebida a partir da segunda antena 2 (forma de onda superior) devido à sua diretividade; ao passo que eles podem ser reconhecidos na forma de onda da primeira antena Wpd, relativamente escondidos pelo ruído. Pode ser observado que os rompantes de ruído são detectados da mesma forma por ambas as antenas. Conforme pode ser observado, a forma de onda da diferença Wd captada na saída do sistema para aquisição da descarga parcial 500 tem, ao invés, uma razão sinal/ruído altamente melhorada; de fato, os pulsos PD são claramente visíveis e o ruído é fortemente atenuado (observe-se a escala vertical de 20 mV).

[0092] Com referência a uma modalidade adicional do sistema de detecção da descarga parcial 500, a primeira antena 1 e/ou a segunda antena 2 podem ser externas a um estojo portátil, que inclui o aparelho para detecção da descarga parcial 400 e, respectivamente, conectadas com o módulo da diferença 600 pela primeira linha de conexão 5 e pela segunda linha de conexão 9, que são correspondentes cabos elétricos. De acordo com esta modalidade, pelo menos uma entre a primeira antena 1 e a segunda antena 2 são antenas direcionais.

[0093] Preferencialmente, a primeira antena 1 fica alojada dentro do estojo que compreende o aparelho para detecção da descarga parcial 400, conforme retratado na figura 1; ao passo que a segunda antena 2 é externa ao aparelho para detecção de descarga parcial 400 e pode ser deslocada para ficar adequadamente orientada. De acordo com esta modalidade preferencial, a segunda antena 2 é uma antena direcional que tem, a título de exemplo, o segundo diagrama de radiação RD2 mostrado na figura 4.

[0094] De acordo com esta modalidade preferencial, o aparelho para detecção da descarga parcial 400 é posicionado para orientar a primeira antena 1 na direção do objeto elétrico100, para receber o sinal da descarga parcial Sd, mostrando assim uma primeira área receptora efetiva para as direções de entrada do sinal da descarga parcial Sd.

[0095] A segunda antena móvel 1 é orientada de modo a receber o sinal do ruído eletromagnético Sr e para mostrar uma segunda área receptora efetiva, para as direções de entrada do sinal da descarga parcial Sd, que é menor do que a dita primeira área receptora efetiva. A primeira antena 1 é orientada para ser mais sensitiva ao sinal da descarga parcial Sd do que a segunda antena 2. A segunda antena 2 é orientada para ser mais sensitiva ao sinal do ruído eletromagnético Sr do que a primeira antena 1. A possibilidade de deslocar a segunda antena 2 permite reduzir a quantidade de energia do sinal da descarga parcial Sd recebido pela segunda antena 2, em comparação com a quantidade de energia do sinal da descarga parcial Sd recebido pela primeira antena 1. O processamento dos sinais elétricos gerados pela primeira antena 1 e pela segunda antena 2 é análogo ao descrito acima em relação ao aparelho para detecção de descarga parcial 400 da figura 1.

Claims

Aparelho para detecção da descarga parcial, que compreende;
primeira antena (1) configurada para receber sinais eletromagnéticos (Sd), pelo menos parcialmente associados com as descargas parciais de um objeto elétrico (100), e para gerar um primeiro sinal elétrico (Sentrada1); tendo a primeira antena uma primeira área receptora efetiva para as primeiras direções de recepção;
segunda antena (2) configurada para receber sinais de ruídos eletromagnéticos (Sr) e para gerar um segundo sinal elétrico (Sentrada2); caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda antenas colocadas em uma estrutura de suporte (3) para fazer com que a segunda antena tenha uma segunda área efetiva de recepção, para as ditas primeiras direções de recepção, menor do que a dita primeira área efetiva de recepção; e
primeiro módulo de processamento (600) configurado para receber os ditos primeiro e segundo sinais elétricos e para gerar um sinal elétrico da diferença (Ssaída), que representa uma diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda antena (1, 2) são colocadas sobre uma estrutura de suporte compartilhada (3).
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma entre a primeira antena (1) e a segunda antena (2) é uma antena direcional.
Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, ambas, a primeira antena e a segunda antena são antenas direcionais.
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que;
a primeira antena (1) tem uma terceira área efetiva, para as segundas direções de recepção, diferentes das ditas primeiras direções de recepção;
a segunda antena (2) tem uma quarta área efetiva para as segundas direções de recepção;
em que a quarta área efetiva da segunda antena é igual ou maior do que a terceira área efetiva da primeira antena.
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
a primeira antena (1) é arranjada de modo a ter pelo menos 90% de uma respectiva energia recebida, em primeiro padrão de radiação (RD1) incluídos em um primeiro meio-espaço;
a segunda antena (2) é arranjada de modo a ter pelo menos 90% de uma correspondente energia recebida, em um segundo padrão de radiação (RD2) incluídos em um segundo meio-espaço oposto ao primeiro meio-espaço.
Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que:
a primeira antena é arranjada sobre a estrutura de suporte para mostrar os valores máximos do respectivo ganho de recepção para as direções de entrada que ficam no primeiro meio-espaço, e
a segunda antena é arranjada sobre a estrutura de suporte para mostrar valores máximos do respectivo ganho de recepção para direções de entrada adicionais que ficam no primeiro meio-espaço.
Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a primeira antena (1) incluir:
primeiro condutor de antena (90), e
condutor plano (91) configurado para operar como superfície de aterramento para o primeiro condutor de antena.
Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a segunda antena (2) incluir adicionalmente: um segundo condutor de antena (94), sendo que o dito condutor plano (91) é configurado para operar como superfície de aterramento também para o segundo condutor de antena.
Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor de antena (94) tem uma forma esférica.
Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o segundo condutor de antena é uma antena laminar.
Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita estrutura de suporte (3) compreende uma porção plana que inclui:
primeiro lado no qual é montado o primeiro condutor de antena (90), e
segundo lado, oposto ao primeiro lado, no qual é montado o segundo condutor de antena (94).
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita estrutura de suporte (3) compreende uma placa de circuito impresso que inclui o dito primeiro módulo de processamento (600).
Aparelho de acordo com as reivindicações 11 e 13, caracterizado pelo fato de que:
a dita placa de circuito impresso compreende terminais elétricos conectados com a primeira antena (1) e com a segunda antena (2), e,
elemento de suporte (93) conectando mecanicamente o primeiro condutor de antena (90) à placa de circuito impresso.
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro módulo de processamento (600) compreende um módulo da diferença, configurado para gerar o dito sinal elétrico da diferença (Ssaída) e pertencente ao grupo que consiste de: um componente eletrônico ativo (11), um transformador de voltagem (12), um transformador de voltagem com derivação central.
Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que; a dita primeira antena é estruturada para detectar por acoplagem capacitiva um sinal elétrico de sincronização (Ssin1), que representa a tendência de uma voltagem elétrica suprida para o objeto elétrico (100).
Aparelho de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro módulo de processamento (600) compreende ainda;
primeiro módulo de filtragem passa alto (19) conectado com a primeira antena; e,
segundo módulo de filtragem passa alto conectado com a segunda antena;
em que o primeiro e o segundo módulo de filtragem passa alto são configurados para desacoplar o sinal elétrico de sincronização, a partir dos ditos primeiro (Sentradal) e segundo (Sentrada2) sinais elétricos.
Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o dito componente eletrônico ativo compreende um amplificador operacional em uma configuração de retroalimentação negativa de não inversão e compreendendo;
terminal de não inversão configurado para receber o dito primeiro sinal elétrico (Sentrada1);
terminal de inversão configurado para receber o dito segundo sinal elétrico (Sentrada2); e,
terminal de saída (24) configurado para prover o sinal elétrico da diferença (Ssaída) que representa a diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.
Aparelho de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente um módulo de sincronização (200), configurado para amplificar o dito sinal elétrico de sincronização (Ssin1) e prover um sinal elétrico de sincronização amplificado (Ssin2).
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente um dispositivo de aquisição e análise (300) que compreende:
conversor de digital para analógico (72) estruturado para produzir, a partir do dito sinal elétrico da diferença (Ssaída), uma pluralidade de amostras correspondentes;
módulo de disparo da aquisição (78) para selecionar amostras da aquisição a partir da dita pluralidade de amostras;
memória (75) configurada para armazenar as amostras de aquisição selecionadas;
processador (74) estruturado para gerar sinais de comando a serem enviados para o módulo de disparo da aquisição (78) e para a memória (75).
Aparelho de acordo com as reivindicações 19 e 20, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente um módulo de medição (76), estruturado para receber o dito sinal elétrico de sincronização amplificado (Ssin2) e prover parâmetros elétricos para o dito processador (74).
Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de aquisição e análise (300) inclui adicionalmente um módulo de transceptor (81), estruturado para enviar/receber dados/comandos para/de um módulo de processador externo (82).
Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira antena é configurada para receber sinais que têm uma frequência incluída na faixa de 0,1 MHz a 100 MHz e a segunda antena é configurada para receber sinais que têm uma frequência incluída na faixa de 0,1 MHz a 100 MHz.
Método para detecção da descarga parcial, que compreende:
posicionamento de uma primeira antena (1), para ter uma primeira área receptora efetiva para as primeiras direções de recepção;
recepção pela primeira antena de sinais eletromagnéticos (Sd) pelo menos parcialmente associados com as descargas parciais de um objeto elétrico (100);
geração, pela primeira antena, de um primeiro sinal elétrico (Sentrada1) correspondente aos sinais eletromagnéticos recebidos (Sd);
caracterizado por compreender:
posicionamento de uma segunda antena (2) para ter uma segunda área de recepção efetiva para as ditas primeiras direções de recepção menor do que a dita primeira área de recepção efetiva; sendo pelo menos uma entre a primeira e a segunda antena uma antena direcional,
recepção, pela segunda antena, dos sinais de ruídos eletromagnéticos (Sr);
geração, pela segunda antena, de um segundo sinal elétrico (Sentrada2) correspondente aos ditos sinais de ruídos eletromagnéticos recebidos (Sr);
processamento dos ditos primeiro e segundo sinais elétricos, para produzir um sinal elétrico da diferença (Ssaída) que representa a diferença entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.