BR112017024526B1

BR112017024526B1 - SYSTEM TO MONITOR AND COMMAND BANKS OF CAPACITORS AND VOLTAGE REGULATORS INTEGRATED WITH THE ELECTRIC NETWORK

Info

Publication number: BR112017024526B1
Application number: BR112017024526-4A
Authority: BR
Inventors: Adilson Nogueira De Araújo; Aloisio Pereira De Carvalho
Original assignee: Adilson Nogueira De Araújo; Aloisio Pereira De Carvalho
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2022-11-01
Also published as: WO2016183644A1; BR112017024526A2; CN107710541A

Abstract

SISTEMA E EQUIPAMENTOS PARA MONITORAR E COMANDAR BANCOS DE CAPACITORES E REGULADORES DE TENSÃO DE FORMA INTEGRADA COM A REDE ELÉTRICA. Gerenciamento de parâmetros e comando automático de bancos de capacitores e de reguladores de tensão em redes elétricas; - Regulagem de fator de potência em redes elétricas; Proteção e segurança dos equipamentos de proteção das redes em curtos circuitos e religações após desligamentos agendados ou inesperados; Monitoração e comando por comunicação em nuvem em vários pontos de redes elétricas; Criação das condições para a transformação de redes elétricas usuais em redes elétricas do tipo Smart Grid. O objeto da presente patente é destinado a otimização do fator de potência de forma mais equilibrada em toda a rede, preservando a vida útil de capacitores e dos equipamentos de proteção da rede contra curtos-circuitos, diminuindo o tempo de indisponibilidade das redes e a necessidade e frequência de manutenção dos equipamentos religadores da rede, utilizando informações sobre tensões medidas em vários pontos da rede, abrigando prévia programação, parametrizada, com inteligência do nível smart grid, ou de rede inteligente, possuir entradas de sinais que permitem monitorar tanto a tensão quanto a corrente de todas as três fases das redes, possuir no break próprio (...).SYSTEM AND EQUIPMENT TO MONITOR AND COMMAND BANKS OF CAPACITORS AND VOLTAGE REGULATORS INTEGRATED WITH THE ELECTRIC NETWORK. Parameter management and automatic command of capacitor banks and voltage regulators in electrical networks; - Regulation of power factor in electrical networks; Protection and safety of network protection equipment in short circuits and reconnections after scheduled or unexpected shutdowns; Monitoring and command via cloud communication at various points of electrical networks; Creation of the conditions for the transformation of usual electrical networks into Smart Grid type electrical networks. The object of this patent is aimed at optimizing the power factor in a more balanced way throughout the network, preserving the useful life of capacitors and network protection equipment against short circuits, reducing the time of network unavailability and the need for and frequency of maintenance of network reclosing equipment, using information on voltages measured at various points in the network, including prior programming, parameterized, with intelligence at the smart grid level, or intelligent network, having signal inputs that allow monitoring both voltage and the current of all three phases of the networks, having its own break (...).

Description

Fields of this Patent

[001] A presente invenção está inserida no campo técnico de gerenciamento de parâmetros e comando automático de bancos de capacitores e de reguladores de tensão em redes elétricas; regulagem de fator de potência em redes elétricas; proteção e segurança dos equipamentos de proteção das redes em curtos circuitos e religações após desligamentos agendados ou inesperados; monitoração e comando por “comunicação em nuvem” em vários pontos de redes elétricas; criação das condições para a transformação de redes elétricas usuais em redes elétricas do tipo “Smart Grid”.[001] The present invention is inserted in the technical field of parameter management and automatic command of capacitor banks and voltage regulators in electrical networks; power factor regulation in electrical networks; protection and safety of network protection equipment in short circuits and reconnections after scheduled or unexpected shutdowns; monitoring and command via “cloud communication” at various points of electrical networks; creation of conditions for the transformation of usual electrical networks into “Smart Grid” electrical networks.

State of the art

[002] As redes elétricas públicas transmitem corrente alternada em uma frequência determinada de 60 Hz, no caso do Brasil todos os equipamentos, tanto da própria rede como os a ela conectados são projetados para a otimização de seus funcionamentos nesta frequência.[002] Public electrical networks transmit alternating current at a specific frequency of 60 Hz, in the case of Brazil all equipment, both on the network itself and those connected to it, are designed to optimize their operation at this frequency.

[003] São diversos os fatores variáveis que as redes têm que comandar para mantê-los em seus pontos ótimos durante a variação do consumo; estes fatores são totalmente interdependentes, pelas próprias leis do eletromagnetismo; dentre esses fatores, se destacam a tensão, a corrente e o fator de potência.[003] There are several variable factors that networks have to control to keep them at their optimum points during consumption variation; these factors are totally interdependent, by the very laws of electromagnetism; among these factors, voltage, current and power factor stand out.

[004] Trata-se, portanto, da gestão da rede elétrica, focada nesses três fatores, dentro dos limites impostos pelas normas, que, no Brasil, são geridas pela ANEEL.[004] It is, therefore, the management of the electrical network, focused on these three factors, within the limits imposed by the standards, which, in Brazil, are managed by ANEEL.

[005] Assim, a tensão tem que ser mantida dentro de limites máximos e mínimos; a corrente varia muito sazonalmente, seja ao correr das horas do dia, dos dias da semana e do ano e depende diretamente da utilização da energia da rede pelos usuários.[005] Thus, the voltage has to be kept within maximum and minimum limits; the current varies greatly seasonally, whether according to the hours of the day, the days of the week and the year, and it directly depends on the use of network energy by users.

[006] O fator de potência deve ser o mais próximo possível de 1, ou 100%; como o consumo real é que é tarifado e ele depende do fator de potência, quanto mais alto for o fator de potência, maior é o índice de aproveitamento econômico da rede, consoante com seu projeto de instalação.[006] The power factor should be as close as possible to 1, or 100%; as the actual consumption is charged and it depends on the power factor, the higher the power factor, the greater the economic utilization rate of the network, depending on your installation project.

[007] Às concessionárias compete, por força das normas, manter a “qualidade da rede”, isto é, a tensão o mais próximo possível do valor nominal e corrente adequada ao consumo; o fator de potência, a cada ponto da rede de distribuição, deve ser mantido otimizado e isto beneficia todos os usuários e busca punir os malefícios causados à rede por usuários que não zelem pela manutenção do padrão ou que, tenham equipamentos elétricos em desconformidade com as normas.[007] It is the responsibility of the concessionaires, pursuant to the rules, to maintain the “quality of the network”, that is, the voltage as close as possible to the nominal value and current adequate for consumption; the power factor, at each point of the distribution network, must be kept optimized and this benefits all users and seeks to punish the harm caused to the network by users who do not ensure the maintenance of the standard or who have electrical equipment that does not comply with the standards.

[008] No Brasil, o fator de potência a ser ofertado pela concessionária e minimamente aceito na conexão dos seus usuários com a rede é de 0,92 ou 92%.[008] In Brazil, the power factor to be offered by the concessionaire and minimally accepted in the connection of its users with the network is 0.92 or 92%.

[009] A manutenção da qualidade da rede - tensão correta, corrente disponível e fator de potência elevado - é obtida pela correta gerência dos parâmetros operacionais dos: a) transformadores de tensão, isto é, dos transformadores que adequam a tensão das linhas de transmissão que saem das subestações; b) reguladores de tensão que aumentam ou diminuem a tensão fornecida aos consumidores para mantê-la o mais próximo possível aos valores nominais e; c) bancos de capacitores, distribuídos por vários pontos da rede, em função dos consumos locais após os transformadores de tensão.[009] The maintenance of the network quality - correct voltage, available current and high power factor - is obtained by the correct management of the operating parameters of: a) voltage transformers, that is, transformers that adjust the voltage of the transmission lines coming out of substations; b) voltage regulators that increase or decrease the voltage supplied to consumers to keep it as close as possible to nominal values and; c) banks of capacitors, spread over various points of the network, depending on local consumption after the voltage transformers.

[010] Naturalmente, como a rede é toda interligada, as condições operacionais de todos seus pontos refletem-se, uns sobre os outros; em outras palavras, um desequilíbrio na rede em um determinado local, bem como suas correções pelos equipamentos citados, se reflete no total da rede, o que, às vezes, pode ser feito de forma negativa, como será relatado oportunamente.[010] Naturally, as the network is all interconnected, the operational conditions of all its points are reflected, one over the other; in other words, an imbalance in the network at a given location, as well as its corrections by the aforementioned equipment, is reflected in the total network, which can sometimes be negative, as will be reported in due course.

[011] Embora as redes de distribuição sejam projetadas para manter a própria qualidade durante os picos de consumo e antecipar-se ao crescimento do consumo consequente do crescimento econômico, o comportamento da rede apresenta vários problemas, típicos das atuais redes de distribuição, “não inteligentes”, disponibilizadas na maioria das cidades com numerosos usuários.[011] Although distribution networks are designed to maintain their own quality during peak consumption and anticipate consumption growth resulting from economic growth, the behavior of the network presents several problems, typical of current distribution networks, “not smart phones”, available in most cities with numerous users.

Description and illustration of networks according to the current state of the art and their problems

[012] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma rede de distribuição, com os recursos do atual Estado da Técnica; nela vemos a rede (1) na qual a linha de alta tensão (2), chega às subestações (3), de onde a saída trifásica (4) vai aos consumidores (9), através dos reguladores de tensão (5) sendo que, após estes, em vários pontos, cada um dos três polos da rede trifásica se conecta ao banco de capacitores (7), cujos capacitores constituintes, em ocorrência de uma unidade para cada fase, podem ser conectados ou desconectados à rede pelas chaves (8), em função da atuação do analisador e controlador de bancos de capacitores (6), que possui apenas um sensor medidor de corrente e um sensor medidor de tensão e mede somente a tensão e a corrente de uma das três fases da rede trifásica; portanto, os bancos de capacitores (7) atuam sob comando do analisador e controlador de bancos de capacitores (6), o qual, por sua vez, atua em função de valores pré-estabelecidos, em comparação com dados informados pelos sensores medidores de tensão e corrente.[012] Figure 1 schematically illustrates a distribution network, with the resources of the current state of the art; in it we see the network (1) in which the high voltage line (2), reaches the substations (3), from where the three-phase output (4) goes to the consumers (9), through the voltage regulators (5) being that , after these, at several points, each of the three poles of the three-phase network connects to the bank of capacitors (7), whose constituent capacitors, in occurrence of one unit for each phase, can be connected or disconnected to the network by the switches (8 ), due to the performance of the capacitor bank analyzer and controller (6), which has only one current measuring sensor and one voltage measuring sensor and only measures the voltage and current of one of the three phases of the three-phase network; therefore, the capacitor banks (7) act under the command of the analyzer and controller of capacitor banks (6), which, in turn, acts according to pre-established values, in comparison with data reported by the voltage measuring sensors and current.

[013] Quando, o analisador e controlador de bancos de capacitores (6), detecta a diminuição ou a elevação de tensão da rede, no primeiro caso, o banco de capacitores (7) é conectado à rede elétrica (1) pelas chaves (8), e efetua o aumento desta tensão e, no segundo caso, desconecta o mesmo.[013] When, the analyzer and controller of capacitor banks (6), detects the decrease or increase in the voltage of the network, in the first case, the bank of capacitors (7) is connected to the electrical network (1) by the switches ( 8), and increases this voltage and, in the second case, disconnects it.

[014] Entretanto, o regulador de tensão (5), que, também, atua elevando ou diminuindo a sua tensão de saída em função da medição da mesma tensão de saída, pois é aí que está o seu próprio sensor medidor de tensão, tendo sido esta elevada pela conexão do banco de capacitores (7), o acionamento dos reguladores de tensão (5) por sua própria medição, é abortado, pois, o regulador de tensão (5), ao contrário dos bancos de capacitores (7), que têm respostas instantâneas, é um dispositivo de respostas lentas, por volta de 45 a 90 segundos, pois seus atuadores são eletromecânicos.[014] However, the voltage regulator (5), which also acts by raising or lowering its output voltage depending on the measurement of the same output voltage, because that is where its own voltage measuring sensor is located, having this being raised by the connection of the capacitor bank (7), the activation of the voltage regulators (5) by its own measurement, is aborted, because the voltage regulator (5), unlike the capacitor banks (7), which have instantaneous responses, it is a slow response device, around 45 to 90 seconds, as its actuators are electromechanical.

[015] Esta forma de atuação não faz avaliação do fator de potência da rede e nem consegue exercer controle das perdas técnicas da rede sob comando independente de cada um dos equipamentos - reguladores de tensão (5) e bancos de capacitores (7) - perdas estas que geram prejuízos econômicos e que são distribuídas entre todos os consumidores.[015] This form of action does not evaluate the power factor of the network and cannot control the technical losses of the network under independent command of each of the equipment - voltage regulators (5) and capacitor banks (7) - losses these that generate economic losses and that are distributed among all consumers.

[016] Caso haja um curto-circuito, um dos equipamentos de proteção sempre existentes em qualquer rede, chamado de religador, desliga a rede, mas, logo em seguida voltará a ligá-la para manter o fornecimento; como o analisador e controlador de bancos de capacitores (6) não é sensível à atuação do religador, o banco de capacitores (7) não é por ele desconectado da rede; isto faz com que, não só o curto-circuito aconteça sob corrente elevada como também, nas tentativas de religação, os religadores podem “entender” que a rede ainda está em curto- circuito, pois recarregar capacitores faz com que a tensão abaixe e a corrente seja alta, o que os religadores “entendem” como presença continuada do curto-circuito, mesmo que ele não esteja mais presente, como nos casos frequentes de queda de galhos sobre os fios da rede, que provocam um curto-circuito de pouca duração e que não continuam a ocorrer uma vez que o galho caia no chão.[016] In the event of a short circuit, one of the protection devices that always exist in any network, called a recloser, turns off the network, but will soon turn it back on to maintain the supply; as the capacitor bank analyzer and controller (6) is not sensitive to the action of the recloser, the capacitor bank (7) is not disconnected from the network; this means that, not only does the short circuit occur under high current, but also, in reconnection attempts, the reclosers can “understand” that the network is still short-circuited, as recharging capacitors causes the voltage to drop and the current is high, which reclosers “understand” as the continued presence of the short circuit, even if it is no longer present, as in the frequent cases of falling branches on the network wires, which cause a short circuit of short duration and which do not continue to occur once the branch hits the ground.

[017] Embora com um funcionamento precário os recursos de monitoração, os meios de controle atuais trouxeram muitos benefícios às redes desde a época em que foram instalados, cerca de 1940, mas, trata-se de um Estado da Técnica com recursos cibernéticos primitivos, que se utiliza de recursos pontuais e, em que os equipamentos não dialogam entre si e nem com terceiros e não consistem em um nível elevado de controle sistêmico.[017] Although the monitoring resources are precarious, the current means of control have brought many benefits to the networks since the time they were installed, around 1940, but it is a state of the art with primitive cybernetic resources, that uses specific resources and in which the equipment does not dialogue with each other or with third parties and does not consist of a high level of systemic control.

Advances in the State of the Technique

[018] O objeto desta Patente faz avançar o Estado da Técnica no controle, otimização e segurança das redes elétricas, que atua sobre bancos de capacitores, pois: 1) Utiliza-se de uma nova concepção de hardware que abriga prévia programação, parametrizada, com inteligência do nível “smart grid”, ou de rede inteligente, que melhora o nível de tensão e mantém o fator de potência o mais alto possível sob nível de consumo congruente com a potência da rede e permite diminuir as perdas técnicas das redes. Este hardware possui entradas de sinais que permitem monitorar tanto a tensão quanto a corrente de todas as três fases das redes - utilizando-se de três sensores medidores de tensão e três medidores de corrente, sendo um par destes sensores medidores para cada uma das três fases da rede, diferentemente do sistema preconizado pelo Estado da Técnica, no qual, apenas uma fase é monitorada e cujos valores são generalizados e aplicados às outras duas fases; 2) Este hardware possui “no break” próprio para permitir que ele e seus anexos como chaves “liga-desliga” dos bancos de capacitores atuem mesmo sem haver alimentação na rede em que estão colocados e, assim, pode desligar os bancos de capacitores, rapidamente, no caso de curtos circuitos, diminuindo a gravidade dos mesmos e mantendo o banco de capacitores desconectados das linhas, nos momentos de religações; 3) Possui inteligência de software implantado em hardware para poder conectar ou desconectar bancos de capacitores em estágios, conforme as análises dos dados colhidos nas três fases monitoradas de forma que, diferentemente do Estado da Técnica, que fornece uma solução do tipo dicotômico - “conectado ou desconectado” - opera os bancos de capacitores em sintonia fina com as necessidades momentâneas e locais da rede, pois, os conecta ou desconecta a rede, em estágios; 4) Possui portas de comunicação que permitem a recepção e o envio simultâneo de informações para o moderno tipo de regulador de tensão, atualmente utilizado, o qual atua através de apenas um controlador de tensão para todas as três fases da rede elétrica; 5) Tem abordagem sistêmica da rede, pois, pode comunicar-se de forma “wired” ou, preferentemente, “wireless”, por internet, em nuvem, ou radiofrequência de canais próprios, com o Sistema de Gerenciamento Geral da rede.[018] The object of this patent advances the state of the art in the control, optimization and safety of electrical networks, which operates on capacitor banks, because: 1) It uses a new hardware design that houses prior programming, parameterized, with intelligence at the “smart grid” level, or intelligent network, which improves the voltage level and maintains the highest possible power factor under a consumption level congruent with the power of the network and allows reducing the technical losses of the networks. This hardware has signal inputs that allow monitoring both the voltage and the current of all three phases of the networks - using three voltage measuring sensors and three current meters, one pair of these measuring sensors for each of the three phases of the network, unlike the system recommended by the state of the art, in which only one phase is monitored and whose values are generalized and applied to the other two phases; 2) This hardware has its own “no break” to allow it and its attachments as “on-off” switches of the capacitor banks to act even without power supply to the network where they are placed and, thus, can turn off the capacitor banks, quickly, in the case of short circuits, reducing their severity and keeping the capacitor bank disconnected from the lines, at times of rewiring; 3) It has software intelligence implanted in hardware to be able to connect or disconnect capacitor banks in stages, according to the analysis of the data collected in the three phases monitored so that, unlike the State of the Art, which provides a dichotomous type solution - “connected or disconnected” - operates the capacitor banks in fine tuning with the momentary and local needs of the network, as it connects or disconnects them from the network, in stages; 4) It has communication ports that allow the simultaneous reception and sending of information to the modern type of voltage regulator, currently used, which operates through a single voltage controller for all three phases of the electrical network; 5) It has a systemic approach to the network, as it can communicate in a “wired” or, preferably, “wireless” way, via the internet, in the cloud, or radio frequency through its own channels, with the General Management System of the network.

[019] Como resultados das inovações trazidas ao Estado da Técnica pelo objeto desta Patente têm-se: - Otimização da tensão; - Otimização do fator de potência e sua consequente diminuição de perdas técnicas; - Preservação da vida útil de capacitores e dos equipamentos de proteção da rede contra curtos-circuitos; - Diminuição do tempo de indisponibilidade das redes, com suas consequências econômicas sobre os consumidores e o concessionário; - Diminui a necessidade e a frequência de manutenção dos equipamentos religadores da rede, com redução desses custos.[019] As a result of the innovations brought to the State of the Art by the object of this Patent there are: - Voltage optimization; - Optimization of the power factor and its consequent reduction of technical losses; - Preservation of the useful life of capacitors and network protection equipment against short circuits; - Decreased network downtime, with its economic consequences for consumers and the concessionaire; - Decreases the need and frequency of maintenance of network reclosing equipment, with a reduction in these costs.

illustrations and operation

[020] As redes elétricas, como descritas na Figura 1, em suas configurações essenciais, consistem da conjugação de dois equipamentos básicos - reguladores de tensão (5) e banco de capacitores (7) - para a manutenção da tensão nominal da rede durante o maior tempo possível.[020] The electrical networks, as described in Figure 1, in their essential configurations, consist of the combination of two basic equipment - voltage regulators (5) and capacitor bank (7) - for maintaining the nominal voltage of the network during the as long as possible.

[021] Entretanto, o tempo requerido para a atuação efetiva do regulador de tensão (5) é muito elevado se comparado com o tempo de atuação do banco de capacitores (7), sendo, em média, de entre 45 e 90 segundos, pois, o controle de tensão é monitorado eletronicamente, mas, efetivado por equipamentos eletromecânicos.[021] However, the time required for the effective actuation of the voltage regulator (5) is very high compared to the actuation time of the capacitor bank (7), being, on average, between 45 and 90 seconds, as , voltage control is electronically monitored, but effected by electromechanical equipment.

[022] Assim, como a operação dos bancos de capacitores (7) é rápida, eles são utilizados para efetuar rápidas alterações na tensão das redes, uma vez que a entrada dos mesmos em operação eleva a tensão, quase instantaneamente.[022] Thus, as the operation of the capacitor banks (7) is fast, they are used to make rapid changes in the voltage of the networks, since their entry into operation raises the voltage, almost instantly.

[023] A Figura 2 é uma ilustração esquemática para o entendimento da instalação e do funcionamento sistêmico do objeto desta Patente (10); nela observa-se o ponto de entrada (4) da rede elétrica trifásica, oriunda do secundário dos transformadores de tensão (3) como na Figura 1; o banco de reguladores de tensão (11), que atua para estabilizar a tensão em seu valor nominal, a qual tende a diminuir ao longo da rede, devido ao consumo e às perdas nas linhas de distribuição, o banco de capacitores (12) e o conjunto de consumidores (13) que utilizam a rede elétrica otimizada pela ação do presente sistema (10); observa-se, também, a seta dupla (11A) que indica o envio de medidas e o recebimento de comandos do banco de reguladores de tensão (11) para o seu controlador do banco de reguladores de tensão (14), a seta dupla (12A), que indica o envio de medidas e recebimento de comando do banco de capacitores (12) para o sistema (10), a seta dupla (10A) que indica a comunicação bilateral entre o sistema (10) e a Central de Gerenciamento da rede elétrica (15) e a seta dupla (10B) que indica a comunicação bilateral entre o objeto desta Patente e o controlador do banco de reguladores de tensão (14).[023] Figure 2 is a schematic illustration for understanding the installation and systemic functioning of the object of this Patent (10); it shows the entry point (4) of the three-phase electrical network, coming from the secondary voltage transformers (3) as in Figure 1; the bank of voltage regulators (11), which acts to stabilize the voltage at its nominal value, which tends to decrease along the network, due to consumption and losses in the distribution lines, the bank of capacitors (12) and the set of consumers (13) that use the electrical network optimized by the action of the present system (10); the double arrow (11A) is also observed, which indicates the sending of measurements and the receipt of commands from the bank of voltage regulators (11) to its controller of the bank of voltage regulators (14), the double arrow ( 12A), which indicates sending measurements and receiving commands from the capacitor bank (12) to the system (10), the double arrow (10A) indicating bilateral communication between the system (10) and the electrical network (15) and the double arrow (10B) that indicates the bilateral communication between the object of this Patent and the controller of the bank of voltage regulators (14).

[024] Da Figura 2 depreende-se que se trata de um sistema e seus equipamentos concebidos para atuar sistemicamente, consistindo em um recurso “smart grid”, apoiado em processamento informatizado de dados.[024] From Figure 2 it appears that this is a system and its equipment designed to act systemically, consisting of a “smart grid” resource, supported by computerized data processing.

[025] A Figura 3 ilustra, esquematicamente, a configuração da aplicação dos medidores de tensão e corrente do sistema (10) às redes; nela observa-se os três sensores de tensão (16) e os três sensores de corrente (17), os quais chegam às portas adequadas do sistema (10), sendo que o mesmo possui, também, transformadores de tensão para adequar a tensão da rede e tornar o monitoramento compatível com as tensões de operação de circuitos informáticos.[025] Figure 3 schematically illustrates the configuration of the application of the voltage and current meters of the system (10) to the networks; it shows the three voltage sensors (16) and the three current sensors (17), which reach the appropriate ports of the system (10), and it also has voltage transformers to adjust the voltage of the network and make the monitoring compatible with the operating voltages of computer circuits.

[026] Através da leitura da amostragem de tensão de cada fase, o sistema (10) mede essas tensões e compara esse valor com um valor de tensão previamente parametrizado em seu software; no caso da média das tensões medidas em cada uma das três fases do sistema trifásico seja menor que a tensão mínima parametrizada, o equipamento fechará as chaves do primeiro estágio do banco de capacitores. A colocação em serviço do primeiro estágio de capacitores acarreta uma elevação da tensão nas fases do alimentador.[026] By reading the voltage sampling of each phase, the system (10) measures these voltages and compares this value with a voltage value previously parameterized in its software; if the average of the voltages measured in each of the three phases of the three-phase system is lower than the parameterized minimum voltage, the equipment will close the switches of the first stage of the capacitor bank. Putting the first capacitor stage into service causes a rise in voltage on the feeder phases.

[027] Após essa operação o sistema (10) recebe do controlador do banco de reguladores de tensão (14) os dados do sistema elétrico que estão ocorrendo no ponto de operação dos reguladores de tensão, como tensão e corrente nas fases, fator de potência e kVA-reativo; com esses dados o sistema (10) avaliará se o melhor fator de potência foi atingido ou se um dos estágios de capacitores pode ser retirado para atingir esse objetivo.[027] After this operation, the system (10) receives from the voltage regulator bank controller (14) the data of the electrical system that are occurring at the point of operation of the voltage regulators, such as voltage and current in the phases, power factor and kVA-reactive; with these data the system (10) will evaluate if the best power factor was reached or if one of the capacitor stages can be removed to reach this objective.

[028] Se a avaliação do sistema (10) concluir que é melhor a retirada de reatância capacitiva do sistema, ele envia um comando ao banco de reguladores de tensão (14) para que este aumente o nível de tensão até um limite pré-programado; o banco de reguladores de tensão (14) recebe este comando e realiza a operação de elevação da tensão e comunica ao sistema (10) o fim da operação.[028] If the system evaluation (10) concludes that it is better to remove the capacitive reactance from the system, it sends a command to the voltage regulator bank (14) so that it increases the voltage level up to a pre-programmed limit ; the bank of voltage regulators (14) receives this command and performs the voltage increase operation and communicates the end of the operation to the system (10).

[029] Após o sistema (10) receber a informação do banco de reguladores de tensão (14) que realizou a operação de elevação de tensão retira o excesso de reativo capacitivo do sistema levando o fator de potência ao melhor nível possível.[029] After the system (10) receives the information from the voltage regulator bank (14) that performed the voltage increase operation, it removes the excess capacitive reactive from the system, bringing the power factor to the best possible level.

[030] Ao realizar a operação anterior, pode ocorrer que o sistema (10) detecte que é necessária a introdução de mais potência reativa capacitiva e outro estágio de capacitores pode ser conectado e a operação é toda repetida até se obter o melhor nível de tensão e o melhor fator de potência da rede que são possíveis.[030] When performing the previous operation, it may happen that the system (10) detects that it is necessary to introduce more capacitive reactive power and another stage of capacitors can be connected and the operation is repeated until the best voltage level is obtained and the best grid power factor that are possible.

[031] A adoção das médias das tensões das três fases do sistema trifásico, correntes e fator de potência pelo sistema (10) leva a resultados de qualidade de energia mais precisos do que aqueles realizados por apenas amostragem de uma das fases.[031] The adoption of the average voltages of the three phases of the three-phase system, currents and power factor by the system (10) leads to more accurate power quality results than those performed by just sampling one of the phases.

[032] A Figura 1 ilustrou a rede elétrica (1) genérica; entretanto, em redes reais, à medida que o alimentador avança, a partir da subestação até o seu término, dois fenômenos vão ocorrendo: o consumo dos consumidores ao longo da mesma e as perdas técnicas por resistência dos condutores e, ambos tendem a abaixar a tensão.[032] Figure 1 illustrated the electrical network (1) generic; however, in real networks, as the feeder advances, from the substation to its end, two phenomena occur: the consumption of consumers along the same and the technical losses due to resistance of the conductors, and both tend to lower the voltage.

[033] Além disto, o consumo efetuado sobre a rede trifásica não é igual em cada uma de suas fases, de forma que, o consumo, inclusive o monofásico, tende a abaixar a tensão de forma desigual entre cada uma das fases; assim, quanto mais próximos dos diferentes segmentos das redes, onde acontecem estas ocorrências, as tensões da rede forem corrigidas, melhor será a qualidade da rede.[033] In addition, the consumption carried out on the three-phase network is not equal in each of its phases, so that consumption, including single-phase, tends to lower the voltage unevenly between each of the phases; thus, the closer to the different network segments, where these occurrences occur, the network voltages are corrected, the better the network quality will be.

[034] Na Figura 3 observa-se em mais detalhes a rede (1), da Figura 1 após a introdução do sistema (10), objeto desta Patente, ilustrado pela Figura 2; nela vê- se a subestação (3), cuja saída trifásica (4) tem, ao longo de seu trajeto de distanciamento da subestação, vários bancos de reguladores de tensão (5) colocados em segmentos da rede, os quais têm seus próprios sensores medidores de tensão; observa-se também os bancos de capacitores de vários estágios (7A) e seus sensores medidores de tensão (16), que vão ao sistema (10), o qual aproveita as mensurações feitas pelos sensores medidores de corrente (17), efetuadas pelos bancos de reguladores de tensão (5), e fica dispensado de possuir os seus três próprios sensores medidores de corrente (17), que são equipamentos caros e de difícil manutenção e, ao mesmo tempo, pelo fato do objeto desta Patente ser um sistema “smart grid”, pode ser escolhido um ponto mais significativo para a otimização da rede para que o mesmo determine sua própria operação comandada pelas medições de tensão efetuadas nestes locais.[034] In Figure 3, the network (1) of Figure 1 after the introduction of the system (10), object of this patent, illustrated by Figure 2; it shows the substation (3), whose three-phase output (4) has, along its path away from the substation, several banks of voltage regulators (5) placed in segments of the network, which have their own measuring sensors of tension; the multistage capacitor banks (7A) and their voltage measuring sensors (16) are also observed, which go to the system (10), which takes advantage of the measurements made by the current measuring sensors (17), carried out by the banks voltage regulators (5), and is exempt from having its own three current measuring sensors (17), which are expensive and difficult to maintain equipment and, at the same time, because the object of this Patent is a “smart” system grid", a more significant point can be chosen for the optimization of the network so that it determines its own operation commanded by the voltage measurements carried out in these places.

[035] Desta forma, com bancos de capacitores de vários estágios (7A) e podendo utilizar informações sobre tensões medidas em vários pontos da rede e sem demandar estes equipamentos próprios, o sistema (10) otimiza a tensão, a corrente e o fator de potência de forma mais equilibrada em toda a rede, mantendo sua qualidade geral e local.[035] In this way, with multistage capacitor banks (7A) and being able to use information about voltages measured at various points in the network and without requiring these own equipment, the system (10) optimizes the voltage, current and voltage factor power more evenly across the network, maintaining its general and local quality.

[036] A Figura 4 é um diagrama funcional do sistema (10); nela observa-se o “no break” (18), alimentado diretamente pela rede (R), a unidade lógica programável (19), manualmente ou à distância pelo sistema de intercomunicação (20), por fios ou redes “wireless” de qualquer tipo, suas portas de saída para os bancos de reguladores de tensão (5), para os bancos de capacitores (7) e ou para os bancos de capacitores em estágios (7A) e para o Sistema Controlador Geral da Rede (SCGR); vemos também as conexões com os sensores medidores de tensão (16) e sensores medidores de corrente (17).[036] Figure 4 is a functional diagram of the system (10); there is the “no break” (18), powered directly by the network (R), the programmable logic unit (19), manually or remotely by the intercom system (20), by wires or wireless networks of any kind. type, its output ports for the voltage regulator banks (5), for the capacitor banks (7) and or for the capacitor banks in stages (7A) and for the General Controller System of the Network (SCGR); we also see the connections with the voltage measuring sensors (16) and current measuring sensors (17).

Claims

1. SYSTEM FOR MONITORING AND COMMANDING BANKS OF CAPACITORS AND VOLTAGE REGULATORS INTEGRATED WITH THE ELECTRIC GRID, characterized by housing prior programming, parameterized, with “smart grid” level intelligence, or intelligent network, and having signal inputs that allow you to monitor both the voltage and the current of all three phases of the networks; having its own “no break” and also for operating the capacitor banks in fine tuning with the momentary and local needs of the network, connecting or disconnecting the capacitor bank from the network, in stages; for having communication ports that allow the simultaneous reception and sending of information to the voltage regulator, which operates through only one voltage controller for all three phases of the electrical network, being able to communicate in a “wired” or , preferably “wireless”, via the internet, in the cloud, or radiofrequency through its own channels; and also due to the fact that the voltage regulator bank (11) stabilizes the voltage at its nominal value and acts with multistage capacitor banks (7A).

2. SYSTEM, according to claim 1, characterized by the fact that it will close the switches of the first stage of the capacitor bank, in case the measured voltage is lower than the parameterized voltage, causing an increase in voltage in the feeder phases, where the Measured voltage can be the value of just one phase or the average of the three.

3. SYSTEM, according to claim 1, characterized by sending a command to the bank of voltage regulators (14) so that it increases the voltage level up to a pre-programmed limit in case the system assesses that it is better to withdraw capacitive reactance of the system.

4. SYSTEM, according to claim 1 or 3, characterized in that when it is detected that it is necessary to introduce more capacitive reactive power, another stage of capacitors can be connected and the operation is repeated until the best factor is obtained of network power that are possible.

5. SYSTEM, according to claim 1, characterized by the fact that after the three-phase output (4) and along its path away from the substation, several banks of voltage regulators (5) placed in segments of the network, the which have their own strain gauge sensors (16).

6. SYSTEM, according to claim 1, further characterized by having three voltage sensors (16) and three current sensors (17) and voltage transformers to adjust the network voltage and also a programmable logic unit (19), manually or remotely via the intercom system (20).

7. SYSTEM, according to claim 1, further characterized by having the function of determining the phase sequence in which the voltage regulators are connected in relation to the capacitor banks.