BR112019009075B1 - Método e arranjo para monitorar o estado de uma linha elétrica, e, mídia legível por computador - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um método para monitorar o estado de uma linha elétrica, em cujo método a comunicação de dados é realizada através de uma linha elétrica, em que os parâmetros para a comunicação de dados são determinados, distinguido pelo estado da linha elétrica ser estimado a partir dos parâmetros. A invenção refere-se ainda a um arranjo correspondente e a um produto de programa de computador para monitorar o estado de linhas elétricas.

Description

[001] A invenção refere-se a um método para monitorar o estado de linhas elétricas de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, um arranjado como definido na reivindicação 14 e uma mídia legível por computador como definido na reivindicação 15.

[002] Podem ser desenvolvidos estados de operação muito diferentes na operação de meios operacionais, tais como, linhas elétricas aéreas, como um resultado do grau de envelhecimento do cabo, dos efeitos do clima, tais como temperatura e congelamento, bem como o vento, e como um resultado de influências internas, tais como carga de corrente no tempo, resistência, quedas e descargas parciais. Esses estados operacionais são definitivos para a capacidade máxima de transmissão elétrica disponível em qualquer momento específico.

[003] Os meios operacionais são, por exemplo, comutador elétrico em equipamento isolado por ar ou isolado por gás, cabos, linhas isoladas por gás etc. Os estados operacionais tecnicamente relevantes incluem, por exemplo: - os níveis e características das descargas parciais (ET) como um indicador da capacidade isolante e da estabilidade elétrica dos meios de operação, e - cargas de vento e as oscilações de linhas aéreas causadas por elas, e - a queda e a temperatura dos meios de operação das linhas aéreas.

[004] O estado técnico em termos de capacidade de isolamento ou capacidade de transmissão é até hoje já parcialmente determinado pela aplicação de sensores apropriados.

[005] Na técnica anterior, os sistemas da Qualitrol são conhecidos por determinarem descargas parciais do folheto do produto “Solution Overview - Asset Condition Monitoring, Extend operational life and reduce downtime”, páginas 6 e 7, número de identificação CA-X00-01L-02E. A determinação do estado operacional dos cabos é feita por meio de sensores concebidos especificamente para esse fim, usando avaliação baseada em software do nível e das características de descargas parciais.

[006] Na maioria dos casos, nenhuma determinação ou medição é feita para a determinação de cargas de vento e gelo em linhas aéreas. Essas influências já são levadas em consideração na fase de planejamento através de um dimensionamento apropriado dos meios de operação, e são vistas como estáticas (prescrições normativas relativas a isso podem ser encontradas no padrão “Overhead Electrical Lines” EN 50341, Principles of Dimensioning, and Loading Assumptions, Seção 4) As cargas de gelo são determinadas visualmente, quando necessário, através de inspeções no local” (“Overhead Power Line Standard EN 50341, Dimensioning and Verification of the Electrical Clearances for Overhead Power Lines), de autoria de van Dyk et al., é bem conhecida neste contexto.

[007] A determinação da queda de uma linha aérea é realizada indiretamente através de cálculos usando os parâmetros operacionais e ambientais aplicáveis. A publicação “Seiltemperatur und Durchhang von Freileitungen Berechnen” (“Calculating the Cable Temperature and Sag of Overhead Power Lines”), Boletim SEV/AES 13/2008, é bem conhecida neste contexto.

[008] Sensores especiais (chamados “e-grãos”) que são afixados à linha aérea e medem a temperatura, o ângulo de orientação e a intensidade de campo usando sensores apropriados e encaminham esses dados através de comunicação sem fio para avaliação em uma unidade de avaliação apropriada tornaram-se disponíveis. Estes sensores são conhecidos da publicação da Internet “EGRAINS: REVOLUTION AUF DEN STROMLEITUNGEN" (“EGRAINS: REVOLUTION ON THE POWER LINES”) da RWE. O Fraunhofer Institut também reconhece esta tecnologia em http://www.izm.fraunhofer.de/de/news_events/tech_news/reserve n-im- stromnetz-aufspueren.html. É comum a todos esses métodos que métodos e/ou aparelhos adicionais sejam necessários para determinar o estado operacional das linhas de transmissão.

[009] A invenção aborda o objetivo de prover um método para monitorar o estado de linhas elétricas que podem ser empregadas de maneira particularmente fácil e econômica.

[0010] A invenção alcança este objeto através de um método como reivindicado na reivindicação 1.

[0011] Assume-se que muitas linhas de abastecimento de potência já possuem aparelhos de comunicação digital, em particular os chamados sistemas de “comunicação de linha de energia” (PLC), que utilizam as linhas como meio de transmissão para comunicação de dados. Para estabelecer comunicação entre dois parceiros - transmissor e receptor - a capacidade de transmissão para a comunicação de dados é determinada primeiro. A atenuação e as perturbações são analisadas aqui por meio de software adequado, e a transmissão de dados (por exemplo, taxa de dados, comprimento de quadro, método de modulação, codificação de canal etc.) é adaptada apropriadamente às condições prevalecentes.

[0012] O método de acordo com a invenção usa a informação de canal determinada pelo sistema de PLC para determinar o nível e as características de descargas parciais, carga de vento e gelo, bem como queda e temperatura. Os sistemas PLC existentes estão aqui, por exemplo, equipados adicionalmente com um software e/ou hardware adequado que estima os parâmetros de estado relacionados a descargas parciais, quedas, temperatura e cargas de vento por meio de estimativa de estado (por exemplo, filtro de Kalman estendido, observador de Luenberger ou similar) e com base na informação sobre o canal existente. Idealmente, os dados são adotados para este fim a partir de processadores de sinal digital (DSP) ou outro aparelho adequado do sistema de PLC.

[0013] Em outra variante, as informações de canal obtidas podem ser transmitidas para um aparelho de avaliação central. Isso pode, por exemplo, ser atribuído a uma sala de controle de rede. O aparelho de avaliação central pode ser constituído em software e operado, por exemplo, como um aplicativo de nuvem.

[0014] O método de acordo com a invenção oferece a vantagem de não ser necessário nenhum hardware adicional. Faz uso de sistemas PLC já existentes. Informações de estados ou estados operacionais relacionados a meios operacionais existentes são obtidos a partir de informações que já existem para transmissão de dados. Uma vantagem adicional é que o método pode ser facilmente integrado como software adicional em sistemas PLC existentes. É, consequentemente, particularmente simples e econômico, e pode ser readaptado com alto benefício ao cliente para as linhas aéreas existentes. Um sistema de transmissão de energia existente pode, assim, ser estendido com a funcionalidade do monitoramento do estado através de software adicional. Isto é habilitado em que uma estimativa é realizada por meio do método de acordo com a invenção em vez de uma medição direta dos parâmetros de estado com sensores de medição adicionais adequados.

[0015] As linhas de abastecimento de energia são, na maioria dos casos, também usadas para comunicação com sinais de banda larga. Os sinais de comunicação são aqui impressos no sinal de energia através de um aparelho de acoplamento capacitivo ou indutor. Para determinar a capacidade de transmissão e as propriedades do canal de transmissão de dados para a comunicação de dados, são usados métodos de teste que determinam o comportamento de atenuação e perturbação da linha de transmissão na faixa de frequência do sistema de comunicação e, assim, estabelecer uma comunicação de dados coincidente com as propriedades do canal. Esses parâmetros também permitem tirar conclusões sobre o estado operacional da linha de transmissão para transmissão de energia. Assim, por exemplo, a resistência e o ângulo de fase mudam com o aumento da queda. As perturbações de alta frequência permitem descargas parciais (TE) causadas por danos na instalação, ou através de outros eventos que prejudicam o isolamento, sejam inferidas.

[0016] O método de acordo com a invenção permite omitir aparelhos adicionais, tais como, sondas especiais de descarga parcial, fibras ópticas ou outros sensores. Assim, é possível deduzir o estado a qualquer momento e sem outros meios técnicos auxiliares. Os sistemas existentes podem, além disso, ser readaptados usando software adicional sem o uso de hardware adicional. Uma outra vantagem da invenção é que o comportamento de envelhecimento pode ser deduzido com base em dados históricos e, por exemplo, a carga modificada através de um controle apropriado da rede de abastecimento.

[0017] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, os parâmetros compreendem pelo menos um dos parâmetros de taxa de transmissão de dados, taxa de erro de bit, razão de sinal para ruído, ângulo de fase, comprimento do quadro, método de modulação ou codificação de canal.

[0018] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, o estado é dado por pelo menos um dos parâmetros de estado de descarga parcial, quedas de uma linha, carga de neve e/ou gelo na linha, temperatura da linha, carga de vento da linha.

[0019] Em uma outra forma de realização preferida do método de acordo com a invenção, a linha compreende, pelo menos parcialmente, uma linha aérea.

[0020] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, a estimativa do estado é realizada por meio de um aparelho de computação de um transmissor e/ou receptor para comunicação de dados através de uma linha elétrica. Um aparelho de computador já existente, tal como o denominado processador de sinal digital, que é fornecido com um componente de software adicional, pode, por exemplo, ser usado para esta finalidade.

[0021] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, a estimativa do estado é realizada por meio de um aparelho de computação central. Um aparelho de sala de controle para o controle de uma rede de abastecimento de potência, do qual a linha elétrica é, pode, em parte, por exemplo, ser provido de um componente de software adicional para esta finalidade. Um aplicativo de nuvem também pode ser usado para a estimativa. É necessário, em ambas as variantes, transmitir os parâmetros para a comunicação de dados ao aparelho de computação central para avaliação.

[0022] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, as perturbações são reconhecidas em um sinal recebido durante a comunicação de dados, a partir do qual as descargas parciais podem ser reconhecidas através de filtragem passa baixa e correlação das perturbações com a fase e a amplitude máxima e/ou a polaridade do sinal recebido.

[0023] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, as oscilações de cabos de linha são determinadas com base em alterações periódicas das descargas parciais, em que a duração do ciclo de oscilações do cabo de linha e a duração do ciclo das alterações das descargas parciais são de comprimento essencialmente igual. Cabos de linha aqui referem-se, por exemplo, às três fases de uma linha elétrica aérea, cuja separação, na presença de oscilações causadas pela carga de vento, é periodicamente reduzida, o que incentiva descargas parciais.

[0024] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, uma função de transferência de canal, da qual a amplitude e a fase durante a transferência de dados são influenciadas pelos parâmetros de estado, é levada em consideração na estimativa do estado.

[0025] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, um filtro de Kalman é empregado na estimativa do estado.

[0026] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, um observador de Luenberger é empregado na estimativa do estado.

[0027] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, a posição de uma fonte de perturbação é determinada durante a estimativa de estado por meio de uma diferença de tempo de trânsito entre a chegada de sinais de perturbação a um receptor e a um transmissor.

[0028] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, a posição de uma fonte de perturbação é determinada durante a estimativa de estado por meio de uma diferença de densidade de potência entre a chegada de sinais de perturbação a um receptor e um transmissor.

[0029] Em uma outra forma preferida de realização do método de acordo com a invenção, uma alteração no comprimento da linha aérea é estimada durante a estimativa de estado com base nas reflexões de um sinal ricocheteado ao transmissor.

[0030] A invenção aborda ainda o objetivo de proporcionar um arranjado para monitorar o estado de linhas elétricas que podem ser empregadas de um modo particularmente fácil e econômico. A invenção alcança o objeto através do arranjo tal como reivindicado na reivindicação 14. Em grande parte, as mesmas vantagens resultam como explicado acima para o método de acordo com a invenção.

[0031] A invenção também aborda o objetivo de prover uma mídia legível por computador para monitorar o estado de linhas elétricas que podem ser empregadas de maneira particularmente fácil e econômica. A invenção alcança o objetivo através de uma mídia legível por computador como definido na reivindicação 15. Em grande parte, as mesmas vantagens resultam como explicado acima para o método de acordo com a invenção.

[0032] Para melhor explicar a invenção, ilustrações esquemáticas na

[0033] Figura 1 mostra um sistema para comunicação de dados em uma linha aérea e figura 2 mostra uma tensão de 50 Hz sobreposta por pulsos de sinal de perturbação, e figura 3 mostra um componente de perturbação para descargas parciais e figura 4 mostra um componente de perturbação para pulsos de perturbação periódicos, e figura 5 mostra um componente de perturbação para pulsos de perturbação aleatórios, e figura 6 mostra um sinal de perturbação total de acordo com as perturbações das figuras 3 a 5, e figura 7 mostra um perfil de tempo da intensidade de corrente de um pulso de descarga parcial, e figura 8 mostra um perfil de tempo da frequência de três pulsos de descargas parciais idealizados, e figura 9 mostra uma estrutura, em princípio, de um receptor, e figura 10 mostra uma estrutura, em princípio, de um filtro de Kalman, e figura 11 mostra uma correlação cruzada dos sinais de perturbação filtrados em passa-alta, e figura 12 mostra uma autocorrelação de sinais de perturbação filtrados em passa-alta, e figura 13 mostra um perfil qualitativo de uma razão de sinal para ruído e uma taxa de transmissão de dados na presença de carga de gelo na linha aérea, e figura 14 mostra um perfil de reflexão para um primeiro comprimento de linha aérea, e figura 15 mostra uma alteração no perfil de reflexão, como na figura 14, com um aumento do comprimento da linha aérea.

[0034] Os detalhes do método de acordo com a invenção serão agora descritos abaixo com referência às figuras.

[0035] A Figura 1 mostra um sistema conhecido 1 para transferência de dados através de linhas de energia 2. Duas estações de transformador 5, 6 são conectadas através de uma linha aérea de alta tensão trifásica 2 e através da ligação terra 201. Flocos de neve 24 de uma nuvem 4 acima da linha aérea 2 nevam para baixo sobre a linha aérea 2, que como um resultado sofre uma queda 200 em relação à sua posição normal entre os mastros. A neve 4 desenvolve uma carga de neve ou gelo nos cabos.

[0036] No lado esquerdo, um primeiro ponto de acoplamento para dentro 7 é conectado a um primeiro aparelho de acoplamento 9. No lado direito, um segundo ponto de acoplamento para dentro 8 é conectado a um segundo aparelho de acoplamento 23. Os aparelhos de acoplamento 8, 23 servem para acoplar sinais de dados dentro e fora da linha aérea, e são, portanto, transmissores e receptores.

[0037] Por uma questão de simplicidade, apenas uma comunicação unidirecional da esquerda para a direita é ilustrada abaixo; de fato, no entanto, uma comunicação também ocorre da mesma maneira da direita para a esquerda. Um transmissor 10 transmite um sinal s(t) que é afetado pelas propriedades da linha aérea. Isso resulta em uma função de transferência de canal 11, aqui identificada como H (f, t), que é afetada por influências ambientais 12, atenuação 13 e filtragem passa-baixa, passa-banda ou passa- alta 14. A amplitude e a fase da função de transferência de canal 11 também é influenciada por efeitos adicionais. Estes incluem, por exemplo, perdas ôhmicas da impedância característica, perdas de calor, quedas, cargas de gelo etc. (não ilustradas).

[0038] O sinal s (t) é, além disso, sobreposto por perturbações 15, identificadas como n (t), que são compostas de perturbações dependentes do estado 20 e sistematicamente apresentam perturbações 21. Descargas parciais 16 são incluídas nas perturbações dependentes do estado 20, e são indicadas na imagem por elétrons e-. As perturbações sistemicamente presentes 21 incluem perturbações de pulsos 17 (por exemplo, processos de comutação em instalações elétricas, faíscas de escova em motores eléctricos), ruído de fundo 18 e perturbações de banda estreita 19 (por exemplo, provocadas por radiotransmissores). Em última análise, o sinal s (t) dá origem ao sinal perturbado r (t) que é recebido pelo segundo aparelho de acoplamento 22.

[0039] O método de acordo com a invenção serve para avaliar os efeitos e as perturbações de atenuação que são causado(a)s por efeitos dependentes do estado, a fim de determinar o estado operacional da linha aérea. Estes, como explicado acima, são influências ambientais e descargas parciais. Estes são extraídos e quantificados a partir do total das influências pelo método de estimativa de acordo com a invenção.

[0040] As perturbações são descritas em maiores detalhes com referência às figuras 2 a 6; eles mostram a simulação de um sinal de energia de 50 Hz com descargas parciais e perturbações de pulsos sobrepostas no domínio do tempo.

[0041] Descargas parciais surgem de “falhas” no isolamento, e em equipamentos de corrente alternada elas correspondem ao máximo do perfil de tensão. No domínio do tempo, essas descargas parciais aparecem como perturbações de pulsos que são sobrepostas aditivamente no topo do sinal de tensão. A Figura 2 mostra uma tensão de 50 Hz sobreposta a sinais de pulsos de perturbação, enquanto a figura 3 mostra um componente de perturbação para descargas parciais. A Figura 4 mostra um componente de perturbação para perturbações de pulsos periódicos, enquanto a figura 5 mostra um componente de perturbação para perturbações de pulsos aleatórios. Finalmente, a figura 6 mostra um sinal de perturbação total correspondente às perturbações das figuras 3 a 5.

[0042] A figura 7 mostra, a título de exemplo, um perfil de tempo da intensidade de corrente de um pulso de descarga parcial, enquanto a figura 8 representa um perfil de tempo da frequência de três pulsos de descarga parciais 81, 82, 83.

[0043] A figura 9 mostra a estrutura, em princípio, de um receptor 10, em que a mesma estrutura pode também ser usada para um transmissor. O dispositivo compreende uma conexão de comunicação a um aparelho de acoplamento 9. Aparelhos de abastecimento de energia 91 e de processamento de dados 92, que é normalmente implementado como um chamado processador de sinal digital (DSP), são ainda proporcionados. O aparelho de processamento de dados 92 é concebido para funcionar, por um lado, como uma bomba de dados 94 para os dados a serem transmitidos através da linha aérea e, por outro lado, como um aparelho de monitoração de estado 93. O aparelho de bomba de dados 92 e de monitoração do estado 93 pode ser totalmente implementado em software. Em uma forma de realização alternativa, um hardware separado, tal como, por exemplo, um microprocessador com memória de dados, pode ser empregado como o aparelho de monitoração de estado 93. O aparelho de monitoração de estado 93 é concebido para estimar um estado da linha elétrica aérea a partir dos parâmetros determinados para a comunicação de dados.

[0044] O emissor e o receptor para a comunicação da linha de energia geralmente já contêm um filtro passa-baixa adequado de modo a filtrar o total das perturbações (figura 6), incluindo as descargas parciais (figura 3) de um sinal de energia recebido (figura 2). Ruídos de fundo e perturbações de banda estreita são negligenciados nas figuras 2 a 6 para facilitar o entendimento.

[0045] As descargas parciais têm, em princípio, novamente o caráter de perturbações de pulsos periódicas que, no entanto, têm uma relação de fase clara com os máximos do sinal de energia, e ocorrem a partir de uma tensão específica, a tensão inicial de descarga parcial. Na maioria dos casos, estes correlacionam-se ainda mais com a polaridade do sinal de energia. Essa característica é usada para identificar aqueles que têm a relação de fase e tensão do cenário de perturbação (figura 6). Um observador de estado correspondente é adequadamente parametrizado, em que a parametrização é baseada em medições empíricas de fontes de descarga parciais conhecidas.

[0046] Uma estrutura, em princípio, de um filtro ou observador de estado é ilustrada na figura 10. Este é um diagrama de blocos 60 que foi preparado por meio do software SimuLink. Os dados de entrada 61 e os sinais de ruído 62 são pré-processados em um módulo 64 e, em seguida, tendo em conta o ruído de medição 66, disponibilizado para um filtro de Kalman. O resultado final 68 foi provido.

[0047] Medições empíricas de descargas parciais já existem para parametrização de chaves; eles podem ser facilmente medidos para linhas e cabos aérea(o)s. Uma vez que um pulso fisicamente ideal aparece no espectro de frequência como uma função constante dependendo da sua densidade de potência, e mesmo perturbações de pulso não ideais têm uma faixa de frequência muito ampla (figuras 7 e 8), os filtros não são inicialmente um obstáculo à detecção de perturbações de pulsos com sistemas PLC. Ainda mais, esta propriedade pode ser explorada para determinar a posição da localização da falta causando a descarga parcial.

[0048] Dois sistemas PLC envolvidos na comunicação geralmente recebem essencialmente as mesmas perturbações de pulsos que ocorrem entre os dois sistemas de comunicação. Há, no entanto, uma diferença, por um lado, na diferença do tempo de trânsito dos sinais e, por outro, nas diferentes densidades de potência da perturbação de pulso (figuras 11 e 12). A diferença do tempo de trânsito pode aqui ser determinada pelo deslocamento temporal dos sinais recebidos por dois sistemas PLC.

[0049] A Figura 11 mostra a amplitude A dependente do tempo de um par de sinais recebidos 111, 112. Os dois sinais recebidos são detectados por dois dispositivos diferentes para PLC (cada um sendo um transmissor e receptor combinados, para que seja possível uma comunicação bidirecional). Uma diferença de tempo de trânsito de ΔtLZ entre os resultados dos sinais. Uma função de correlação cruzada K1 entre os sinais 111, 112 mostra, de acordo com o eixo ilustrado à direita para K1, altos valores de correlação a cerca de 1 ms e 11 ms, a partir dos quais, com base na distância dos lóbulos laterais a partir do lóbulo principal e um do outro, uma duração de ciclo de cerca de 10 ms resulta para a descarga parcial tPer. A partir do sinal das perturbações totais de acordo com a figura 6, é possível deste modo reconhecer um desvio do lóbulo principal do ponto zero ΔtLZ de, por exemplo, 0,9 ms no caso ilustrado aqui.

[0050] De um modo semelhante, a figura 12 mostra uma função de autocorrelação K2 entre os sinais 121, 122. Isto pode abastecer informação significativamente mais precisa tPer para identificação da periodicidade, isto é, a relação com a fase do sinal de energia.

[0051] Além disso, a diferença na densidade de potência abastece um parâmetro adicional relacionado à posição, na qual a descarga parcial está ocorrendo. A resposta de pulsos do canal de transmissão abastece para esta finalidade a função de transferência H(f, t), de acordo com a qual a densidade de potência do sinal de descarga parcial é atenuada. A resposta de pulsos do canal PLC é geralmente determinada quando uma comunicação é estabelecida, e é assim conhecida.

[0052] As perturbações dos pulsos também são atenuadas com a resposta de pulso. Como a atenuação também depende da posição, dois sistemas de comunicação recebem o mesmo sinal de descarga parcial, mas com diferentes densidades de potência. Uma conclusão pode, portanto, extrair quanto à posição do lugar onde a descarga parcial está ocorrendo a partir da diferença nas densidades de potência; isso pode ser implementado novamente com um estimador de estado adequado. A parametrização do observador de estado pode ser realizada aqui usando a informação da resposta de pulsos ou a estimativa de canal.

[0053] Além das descargas parciais já consideradas, outras fontes de perturbação serão agora examinadas abaixo.

[0054] As oscilações nos cabos de linha causadas pelo vento levam a reduções dependentes do tempo na distância entre os cabos de linha individuais um do outro (ver nesta conexão Dreyer, Oliver; Regen-Wind induzierte Seilschwingungen in laminarer und turbulenter Stromung (Rain- Induced and Wind-Induced Cable Oscillations in Laminar and Turbulent Flow), dissertação de 2004 no Institut für Stahlbau der TU Braunschweig). Os cabos de linha aqui oscilam com frequências de até 4 Hz e com uma excursão de até 60 cm. No caso de linhas através das quais a corrente está fluindo, essas oscilações levam a alterações no campo elétrico e às folgas de isolamento. Estes, por sua vez, levam a alterações na corrente e na característica de descarga parcial. Se, por exemplo, a distância entre os cabos da linha cair, então a intensidade do campo e as descargas parciais aumentam. As descargas parciais causadas pelas cargas de vento se correlacionam com a frequência de oscilação dos cabos de linha, com uma periodicidade correspondente à frequência de oscilação (<4 Hz). A avaliação e a detecção são realizadas de acordo com a verificação das descargas parciais já explicadas.

[0055] Uma queda e uma temperatura dos meios de operação de linhas aéreas também podem ser estimadas com base nos parâmetros determinados da função de transferência de canal complexa. A queda aqui depende fortemente da temperatura da linha de corrente e das cargas causadas pelo gelo, neve e vento. As cargas de neve e gelo também têm como consequência uma redução na capacidade do canal de transmissão, que é vista na redução da SNR (razão de sinal para ruído) e em um aumento da taxa de erro de bloco (BER) da transmissão PLC. A Figura 13 mostra esse relacionamento esquematicamente. A razão de sinal para ruído (SNR) é representada no eixo 82 em função do tempo. Se os cristais de gelo 24 são desprendidos durante um certo período de tempo por uma nuvem 4, e precipitam na linha como uma carga de gelo, a razão de sinal para ruído 83 deteriora-se perceptivelmente durante este tempo. A taxa de erro de bit BER, que é ilustrada no eixo 80 com o perfil 81, aumenta ligeiramente à medida que a precipitação de gelo começa, e finalmente atinge novamente, o seu nível inicial.

[0056] A taxa de transmissão do sistema de PLC, que é ilustrada na parte inferior da figura 13, também cai como um resultado da carga de gelo na linha da taxa de transmissão primária 84 para a taxa de transmissão secundária 85. A fim de assegurar que os sistemas PLC estão transmitindo com segurança, a taxa de transmissão é adaptada a cada vez às condições vigentes, sendo reduzida no exemplo para a taxa de transmissão secundária 85.

[0057] Além disso, parâmetros conhecidos como a temperatura ambiente atual, radiação solar e carga de corrente proporcionam informações úteis para melhorar a qualidade da estimativa; para este propósito, estes também são levados em consideração pelo observador do estado - uma matriz de estimativa correspondente pode ser estendida com esses parâmetros.

[0058] A parte irreversível da queda do cabo das linhas aéreas correlaciona-se com o estado de envelhecimento da linha aérea: quanto maior a carga média da temperatura, maior é o estado de envelhecimento da linha aérea (ver nesta conexão “Alterung von Freileitungen” (Ageing of Overhead Lines); Michael Muhr, Robert Schwarz, Stefan Jaufer; Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement, Technische Universitat Graz). Os aumentos no comprimento da linha aérea (ver “Eine Fallstudie zu Freileitungen” (A Case Study on Overhead Lines), IT Nachrichten 2/12; Michael Roser, Hans Rudolf Schneebeli for calculation), IT Nachrichten 2/12; Michael Roser, Hans Rudolf Schneebeli for calculation para cálculo) correspondem aqui ao ângulo de fase do sinal de PLC. A adaptação do sistema de comunicação à impedância característica da linha de transmissão (aqui a linha aérea) é sempre tentada para sistemas de transmissão de dados, a fim de evitar reflexões e perdas de sinal. O objetivo é evitar que o sinal de dados seja refletido no receptor, em que o receptor coincide idealmente com a impedância característica da linha aérea. No caso de linhas aéreas, a impedância característica depende novamente do comprimento da linha, que também muda quando o comprimento muda. Os comprimentos de onda dos sinais portadores dos sistemas de PLC são constantes em cada caso. Essa relação é ilustrada nas figuras 14 e 15.

[0059] Na figura 14, por exemplo, em uma frequência de sinal típica de 300 kHz, um comprimento de onda de cerca de 1 km resulta para o sinal 91. Dois sistemas de PLC que se comunicam a uma distância de 1 km são aqui idealmente coincidentes: nenhuma reflexão ocorre nos dados transmissão.

[0060] Agora, se, como na figura 15, o comprimento aumenta devido a um aumento na queda, os sistemas de PLC não são mais coincidentes com a impedância característica. As reflexões 93 surgem para o sinal 92, e isto leva a mudanças de fase que são uma medida da alteração no comprimento 94. Ao transmitir sequências de treinamento no começo de uma comunicação de dados, por exemplo, o módulo receptor do transmissor aqui detecta simultaneamente as reflexões (ecos) que surgem. O nível das reflexões é então determinado por meio de um estimador de estado adequado, e uma medida para a alteração no comprimento 94 é assim determinada. Tomando o espaçamento do mastro e os parâmetros ambientais predominantes, como a temperatura em conta, a queda pode ser estimada computacionalmente.

Claims (15)

1. Método para monitorar o estado de uma linha elétrica, na qual uma comunicação de dados é operada através de uma linha elétrica, em que os parâmetros para a comunicação de dados são determinados, caracterizado pelo fato de que um estado da linha elétrica é estimado a partir dos parâmetros, em que o estado é dado por pelo menos um dos parâmetros de estado de queda de uma linha, carga de neve e/ou gelo na linha, temperatura da linha, carga de vento da linha.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os parâmetros compreendem pelo menos um dos parâmetros de taxa de transmissão de dados, taxa de erro de bit, razão de sinal para ruído, ângulo de fase, comprimento de quadro, método de modulação ou codificação de canal.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o estado é dado pelo parâmetro de estado de descarga parcial.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as perturbações são reconhecidas em um sinal recebido durante a comunicação de dados, a partir do qual as descargas parciais são reconhecidas através de filtragem passa-baixa e correlação das perturbações com a fase e a amplitude máxima e/ou a polaridade do sinal recebido.

5. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que as oscilações de cabos de linha são determinadas com base em alterações periódicas das descargas parciais, em que a duração do ciclo de oscilações do cabo de linha e a duração do ciclo das alterações das descargas parciais são de comprimento essencialmente iguais.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a linha compreende, pelo menos parcialmente, uma linha aérea.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a estimativa do estado é realizada por meio de um aparelho de computador do transmissor e/ou receptor.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma função de transferência de canal, cuja amplitude e fase durante a transferência de dados é influenciada pelos parâmetros de estado, é levada em consideração na estimativa do estado.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que um filtro de Kalman é usado na estimativa de estado.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que um observador de Luenberger é usado na estimativa de estado.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a posição de uma fonte de perturbação é determinada durante a estimativa de estado por meio de uma diferença de tempo de trânsito entre a chegada de sinais de perturbação no receptor e no transmissor.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a posição de uma fonte de perturbação é determinada durante a estimativa de estado por meio de uma diferença de densidade de potência nos sinais de perturbação que chegam no receptor e no transmissor.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que uma alteração no comprimento da linha aérea é estimada durante a estimativa de estado com base nas reflexões de um sinal ricocheteado ao transmissor.

14. Arranjo para monitorar o estado de uma linha elétrica, compreendendo um transmissor e um receptor que são projetados para uma comunicação de dados através de uma linha elétrica, caracterizado pelo fato de que o transmissor e/ou o receptor é/são concebido(s) para executar um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.

15. Mídia legível por computador caracterizada pelo fato de que compreende, armazenada em si, instruções que, quando executadas por um transmissor e/ou um receptor como definidos no arranjo da reivindicação 14, fazem com que o computador realize um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.