BRPI1003713A2 - instrumento para monitoraÇço remota e distribuÍda de eventos elÉtricos - Google Patents

Abstract

INSTRUMENTO PARA MONITORAÇçO REMOTA E DISTRIBUÍDA DE E VENTOS ELÉTRICOS, descreve-se a invenção como um instrumento eletrônico especifico destinado a executar o monitoramento remoto, em tempo real e distribuído de eventos elétricos de afundamento e elevação de tensão e de descontinuidade no fornecimento em redes de distribuição de energia elétrica em baixa tensão. Tal instrumento é composto por uma central de acompanhamento de eventos elétricos (2) e por um conjunto variável de unidades de monitoramento (1), cada qual relacionada ao monitoramento de eventos elétricos em localidades distintas de ummesmo sistema de distribuição, o que confere à invenção a capacidade de ser utilizada para se implementar redes de monitoramento facilmente adaptáveis tanto ás possíveis topologias das redes de distribuição de energia elétrica presentes quanto a mudanças nestas.

Description

iiINSTRUMENTO PARA MONITORAÇÃO REMOTA E

DISTRIBUÍDA DE EVENTOS ELÉTRICOS".

A presente invenção refere-se a um instrumento eletrônico

destinado a monitorar, em tempo real e de forma remota e distribuída, a ocorrência de eventos elétricos de afundamento e elevação de tensão e de descontinuidade no fornecimento em sistemas de distribuição de energia elétrica em baixa tensão.

Os sistemas de distribuição de energia elétrica são consideravelmente complexos, o que se dá pelo fato de suprirem potência elétrica a também complexas redes de derivações e ramais residenciais, comerciais e industriais. Devido a tal característica, tais sistemas de distribuição suprem energia a vários tipos de equipamentos e afins, que, frente a seus ciclos de operação e mesmo frente as suas necessidades de consumo, ajudam a tornar comum a incidência de eventos elétricos nos

sistemas que os alimentam.

Três tipos de eventos elétricos, os de afundamento de tensão, os

de elevação de tensão e os de descontinuidade no fornecimento, são comuns aos sistemas de distribuição. Estes eventos podem comprometer a operação de equipamentos eletrônicos e até mesmo danificá-los de forma permanente. Frente a isto, os agentes reguladores dos setores de energia elétrica costumam regulamentar tanto o registro de tais eventos quanto o cômputo de indicativos de qualidade das redes de distribuição em função da ocorrência dos mesmos. No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL, correntemente faz uso de duas normativas, a RESOLUÇÃO N0 505, DE 26 DE NOVEMBRO DE 2001, e a RESOLUÇÃO ANEEL N0 024, DE 27 DE JANEIRO DE 2000, que discorrem, respectivamente, sobre índices relativos às elevações e aos afundamentos de tensão e sobre indicadores de descontinuidade no fornecimento.

No contexto citado, as concessionárias de energia elétrica são obrigadas a registrar e a computar indicadores referentes aos eventos de afundamento, de elevação e descontinuidade no fornecimento de potencial elétrico. Para tanto, o registro dos eventos de elevação e de afundamento de tensão são efetuados através do emprego de sofisticados medidores de qualidade, enquanto o cômputo de indicadores relacionados a eventos de descontinuidade são estimados a partir de aplicativos computacionais que são utilizados para se acompanhar as malhas de distribuição das concessionárias de energia elétrica.

Os medidores de qualidade de energia elétrica atuais podem ser descritos como sendo sofisticados equipamentos destinados a computar uma grande gama de grandezas, as quais vão desde simples obtenções de valores eficazes de corrente e tensão até o cômputo de distorções harmônicas, detecção de transitórios e flutuações de tensão. Para serem capazes de aferir um conjunto grande e diversificado de grandezas e indicadores, tais medidores possuem potencialidades bastante superiores ao que se é necessário para se aferir somente eventos elétricos simples como o são os afundamentos e as elevações de tensão e as descontinuidades no fornecimento. Neste sentido, empregar tais medidores para se mensurar eventos elétricos simples se caracteriza como um desperdício de recursos.

Um segundo ponto quanto aos medidores de qualidade de energia elétrica diz respeito ao fato de os mesmos serem projetados para atuarem preferencialmente como registradores de índices de qualidade, e assim não serem destinados a operar como instrumentos de monitoramento em tempo real.

Ainda quanto aos medidores contemporâneos, os mesmos são projetados para atuarem como unidades isoladas e independentes, e assim não são capazes de atuarem como elementos de um sistema integrado de monitoramento. Vale ressaltar que as malhas de distribuição de energia elétrica operam sobre plantas predominantemente distribuídas, o que faz com que seja de suma importância a suas mantenedoras o emprego de processos e instrumentos que sejam capazes de efetuar o monitoramento de eventos elétricos de forma distribuída, em tempo real e simultâneo para múltiplas localidades presentes em suas malhas de distribuição.

Quanto ao cômputo de indicadores de descontinuidade, as concessionárias de energia elétrica não dispõem de instrumentos destinados a registrar eventos de descontinuidades e, assim, o cálculo dos indicadores relacionados é apenas estimado. As concessionárias de energia elétrica costumam contar com aplicativos computacionais com os quais é possível representar toda uma malha de distribuição de energia elétrica, contemplando as ligações elétricas entre alimentadores, ramais, localização de transformadores e afins, além das unidades consumidoras conectadas a cada ramal. Quando da ocorrência de um evento de descontinuidade no fornecimento em alguma localidade, tal informação costuma chegar ao centro de operação da distribuição das concessionárias através de alguma notificação providenciada por consumidores afetados. Confirmada a ocorrência do evento através da visita de uma equipe técnica ao local apontado, o mesmo é registrado no aplicativo computacional citado. Assim, o aplicativo de representação da malha de distribuição se responsabiliza por gerar estimativas tanto das unidades consumidoras afetadas quanto do tempo de ocorrência do evento e, para um dado período de tempo, estatísticas de descontinuidade tanto por unidade consumidora quanto por grupos de unidades consumidoras. Percebe- se, assim, que tal metodologia claramente agrega erros ao cálculo de indicadores de descontinuidade e, portanto, ajuda a evidenciar a necessidade do emprego de um equipamento específico para o registro de eventos elétricos.

Tendo em vista os problemas e as necessidades levantados e no propósito de respectivamente saná-los e preenchê-los, é proposto um instrumento eletrônico, objeto desta patente, a operar tanto como unidade de monitoramento específico para eventos elétricos quanto como unidade de retransmissão de dados. A funcionalidade de monitoramento está ligada ao monitoramento remoto e em tempo real de eventos elétricos de afundamento e elevação de tensão e de descontinuidade no fornecimento em redes de distribuição de energia elétrica em baixa tensão. Já a funcionalidade de retransmissão permite com que uma unidade do instrumento também opere como elo de ligação entre duas outras de unidades do instrumento que estejam próximas, a fim de que um conjunto de tais unidades possa estabelecer uma malha de monitoramento através da qual informações geradas em uma dada unidade do instrumento possam ser transmitidas, por meio das unidades em posições intermediárias, até uma outra unidade que esteja distante da primeira.

Sendo específico ao fim para o qual é projetada, e assim simplificado para se monitorar apenas eventos elétricos simples, a invenção em apreço impede com que recursos e potencialidades presentes nos medidores de qualidade de energia contemporâneos sejam desnecessariamente alocados.

Por ser projetada para executar monitoramento em tempo real e distribuído, a presente invenção cede às concessionárias a importante possibilidade de monitorar eventos de descontinuidade de forma mais efetiva frente a suas malhas de distribuição, pois passa a ser possível *ó monitoramento em tempo real, remoto e simultâneo de vários pontos distintos localizados ao longo das malhas de distribuição ΑΠ de energia elétrica.

Os desenhos anexos contêm representações em diagrama de blocos da unidade de monitoramento e da central de acompanhamento de eventos que compõem o instrumento objeto desta patente, nas quais: A figura 1 ilustra uma representação em diagrama de blocos da

unidade de monitoramento;

A figura 2 ilustra uma representação em diagrama de blocos da central de acompanhamento de eventos elétricos;

A figura 3 ilustra um exemplo de utilização do instrumento para realizar monitoramento distribuído.

Em conformidade ao que é exposto pelas figuras citadas, o instrumento para monitoração remota e distribuída de eventos elétricos (1), objeto desta patente, é formando por um grupo de circuitos eletrônicos e processos computacionais a constituírem uma unidade autônoma a mensurar somente valores eficazes de tensão em sistemas trifásicos, processar tais valores segundos parâmetros operacionais e então detectar e caracterizar eventos elétricos, para, então, armazenar e transmitir registros de ocorrência dos mesmos a uma central de acompanhamento de eventos (2). Também faz parte do referido instrumento um circuito destinado a promover tanto a comunicação de curto quando de longo alcances, responsáveis pela comunicação do mesmo com outras unidades do instrumento e com a central de acompanhamento de eventos, respectivamente.

Em termo de módulos funcionais que representem circuitos específicos do instrumento e de acordo com os blocos expostos na figura (1), tal unidade é constituída por um circuito de proteção (IA), um circuito de alimentação (1B), um circuito de amostragem de tensão (1C), um de armazenamento (ID)3 um de comunicação (1E), um de base de tempo real (IF) e um de processamento (1G). O módulo de alimentação (IA) é composto por malhas de proteção que empregam diodos e demais componentes de proteção contra surtos de corrente e de tensão. Sua função é a de prover proteção contra os já citados surtos para os demais módulos eletrônicos do instrumento. Por sua vez, o módulo de alimentação (IB) é responsável por prover energia aos demais circuitos e também por recarregar uma bateria interna à unidade. Este módulo obtém energia do próprio ponto de monitoramento e sua bateria é destinada a dar autonomia ao instrumento quando da ocorrência de eventos de descontinuidade no fornecimento. A obtenção de amostras de tensão é realizada pelo circuito de amostragem de tensão (1C), o qual emprega divisores resistivos de tensão para aferir os valores de tensão, malhas de condicionamento de sinais e um componente conversor analógico-digital para realizar a amostragem de até 3 canais de tensão. E também presente um módulo de armazenamento (ID) formado por unidades de memória não-volátil do tipo eletronicamente re-programáveis ("EEPROM") e do tipo de estado sólido (cartões de memória "flash"), a fim de prover à unidade a capacidade de também manter registros dos eventos elétricos detectados. O módulo de comunicação (IE) é formado por dois sub-circuitos, um de comunicação de curto alcance e um de comunicação de longo alcance. O sub-circuito de comunicação de longo alcance é destinado a permitir a comunicação da unidade com a central de acompanhamento de eventos (2), sendo constituído por um circuito de interface para "modems" de comunicação com tecnologias de telefonia móvel (GSM, GPRS, 3 G e afins), de telefonia fixa comutada e de comunicação via satélite que suportem comandos no padrão AT. Por sua vez, o sub-circuito de comunicação de curto alcance é destinado a promover a intercomunicação entre unidades do instrumento e também entre o instrumento e demais dispositivos de recuperação de dados. Este sub-circuito corresponde a um circuito ao qual podem ser acoplados módulos externos de comunicação por rádio-freqüência de baixo consumo, como o são tecnologias "bluetooth", "zigbee" e afins. O módulo de base de tempo real (IF) é composto por um relógio de tempo real a prover a referência de tempo para a unidade, enquanto o circuito de processamento (1G), cujo principal componente eletrônico é um microcontrolador, é responsável por processar as amostras de tensão e também por coordenar todas as funcionalidades pertinentes aos módulos de comunicação (IF) e de armazenamento (1D).

Na figura (2), é apresentada a arquitetura da central de acompanhamento de eventos elétricos. Esta central consiste em um aplicativo computacional a ser executado em computadores convencionais. Sua finalidade é tanto permitir com que os parâmetros de operação (valores de referência para afundamentos e elevações de tensão, descontinuidades no fornecimento, dentre outros) de unidades do instrumento sejam especificados quanto permitir o acompanhamento em tempo real da ocorrência de eventos elétricos que estejam sendo detectados por unidades de monitoramento e também o acompanhamento de informações de eventos elétricos já registrados anteriormente. A central de acompanhamento é composta pelos módulos funcionais de comunicação (2A), controle (2B), armazenamento (2C) e de exibição e interface com o usuário (2D). O módulo de comunicação (2A) é responsável por prover a integração do aplicativo a dispositivos de comunicação de longo alcance como "modems" de comunicação com tecnologias de telefonia móvel (GSM, GPRS, 3 G e afins), de telefonia fixa comutada e de comunicação via satélite que suportem comandos no padrão AT. O módulo de armazenamento (2C) tem por finalidade prover a integração do aplicativo a um sistema gerenciador de base de dados no qual são armazenados os registros de eventos elétricos detectados pelo instrumento. Já ao módulo de exibição e interface (2D) cabe a interação com o usuário, tanto no sentido de lhe apresentar informações sobre eventos elétricos quanto no de permitir a configuração dos parâmetros de operação de unidades do instrumento objeto desta patente. A coordenação dos módulos citados é a cargo do módulo de controle (2B).

O princípio de operação do instrumento para monitoração remota e distribuída de eventos elétricos é baseado na instalação de um conjunto de unidades de monitoramento (1) em um número adaptado às necessidades de monitoramento da malha de distribuição na qual monitorar os eventos elétricos já citados. Desta forma, a uma única central de acompanhamento (2) é integrado um número de instrumentos que atenda ao número de pontos a monitorar. Cada uma das unidades de monitoramento então monitora uma dada localidade, na qual passa a acompanhar continuamente as formas de onda de tensão para até três fases em simultâneo. Na ocorrência de um evento detectável pelo equipamento, o mesmo gera um registro de evento elétrico ao qual agrega a referência temporal (dados do horário de início de ocorrência) e informações que o caracterizem. Então, o registro do evento é transmitido para a central de acompanhamento de eventos (2), na qual uma sinalização avisa ao usuário sobre o evento em questão. Como cada unidade do instrumento é destinada a monitorar uma localidade específica, a central de acompanhamento está apta a receber e gerar indicações de múltiplos eventos ocorridos em várias localidades.

Na figura 3, é apresentado um exemplo de aplicação do instrumento ao se realizar o monitoramento distribuído em uma dada malha de distribuição. Neste exemplo, a central de acompanhamento de eventos (3A) está relacionada a 7 unidades de monitoramento (3B-3H). Como se pode notar pela arquitetura exposta (3), apenas a unidade (3B) se comunica de forma direta com a central de acompanhamento, o que é feito através de um modem de comunicação de longo alcance. As demais localidades, no entanto, se comunicam com a central de acompanhamento de forma indireta e, por assim procederem, não necessitam do emprego de "modems" de comunicação de longo alcance. De acordo com suas posições na arquitetura de monitoramento exemplificada, as demais unidades de monitoramento (3C-3H) utilizam uma ou mais unidades do instrumento para retransmitirem suas informações até a central de acompanhamento. A unidade (3F), por exemplo, utiliza as unidades (3D), (3C) e (3B) para se comunicar com a central de acompanhamento, sendo que o mesmo ocorre para as unidades (3E) e (3G). Já a unidade (3H) utiliza o caminho gerado pelas unidades (3C) e (3B).

Pelo exemplo apresentado, fica claro que certas unidades podem operar como unidades de monitoramento e de retransmissão de dados através da malha de monitoramento, enquanto outras operam apenas como unidades de monitoramento. Esta arquitetura foi projetada visando a permitir que a invenção seja facilmente adaptada à quantidade quase que infinita de possíveis arquiteturas que possam ser encontradas em sistemas de distribuição de energia elétrica. Ainda à título de exemplificação, se fosse necessária a alocação de um novo conjunto de pontos de monitoramento à malha exemplificada (3) e se pelo menos um dos novos pontos fosse próximo a qualquer um dos pontos já existentes na malha apresentada, duas possibilidades seriam possíveis: selecionar um dos novos pontos como o responsável pela comunicação direta com a central de acompanhamento (3A) e então estabelecer rotas das informações dos demais pontos a este ponto selecionado, ou, ainda, estabelecer um dos novos pontos como um ponto de conexão entre a malha já existente e a nova malha, de forma a continuar a utilizar a unidade (3B) como rota direta para a central de acompanhamento (3A).

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Claims (3)

1. "INSTRUMENTO PARA MONITORAÇÃO REMOTA E DISTRIBUÍDA DE EVENTOS ELÉTRICOS", caracterizado por uma central de acompanhamento de eventos elétricos (2) e por um número variável de unidades de monitoramento de eventos elétricos (1), a fim de formar um instrumento completo, diferenciado e específico ao monitoramento remoto e distribuído de eventos elétricos de afundamento e elevação de tensão e de descontinuidades no fornecimento em redes de distribuição de energia elétrica em baixa tensão.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, denominado unidade de monitoramento de eventos elétricos, que é caracterizado por um conjunto de circuitos eletro-eletrônico e algoritmos computacionais responsáveis por todas as operações de mensuração de valores eficazes de tensão em sistemas mono, bi e trifásicos, processar tais valores segundos parâmetros operacionais e então detectar e caracterizar eventos elétricos, para, então, armazenar e transmitir registros de ocorrência dos mesmo a uma central de acompanhamento de eventos (2). Sua arquitetura é constituída conforme o diagrama de blocos da figura 1, contendo um circuito de proteção (IA), um circuito de alimentação (1B), um circuito de amostragem de tensão (1C), um circuito de armazenamento (1D), um circuito de comunicação (1E), um de base de tempo real (IF) e um circuito de processamento (1G).

3. Sistema computacional de acordo com a reivindicação 1, denominado central de acompanhamento de eventos elétricos, o qual é caracterizado conforme diagrama de blocos da figura 2 e consiste em um aplicativo computacional implementado para ambiente gráfico e com o qual são recebidos, armazenados e visualizados registros de eventos elétricos. Svia arquitetura é constituída segundo o diagrama de blocos da figura 2, apresentando um módulo de comunicação (2A), um módulo de controle (2B), um módulo de armazenamento (2C) e um módulo de exibição e interface (2D).