Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "SISTEMA E PROCESSO DE MONITORAMENTO DE CHAVES FUSÍVEIS EM BANCO DE CAPACITORES TRIFÁSICOS CONECTADOS EM ESTRELA ATERRADA OU NÃO ATERRADA UTILIZADOS EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um sistema capaz de monitorar o estado das chaves de proteção fusíveis existentes em bancos , de capacitores trifásicos em configuração estrela aterrada e não aterrada usados em linhas de distribuição de energia elétrica de média tensão, através de rede de telefonia celular tipo GSM/GPRS de comunicação de dados, com vistas a eliminar a possibilidade das mesmas estarem abertas e os respectivos capacitores não estarem compensando corretamente as energias reativas presentes nessas linhas.

Antecedentes da Invenção

No campo da utilização em termos de controle, monitoramento e supervisão remota até o presente momento não há disponíveis efetivos sistemas capazes de monitorar as chaves fusíveis em banco de capacitores tendo em vista a inexistência de técnicas capazes de detectar se as mesmas encontram-se abertas ou fechadas.

O Pedido de Patente Brasileiro PI 0204839-6, publicado em 22 de junho de 2004, em nome de Valdiberto Carvalho de Castro et. al., descreve um sistema de monitoramento remoto para acompanhamento do funcionamento de equipamentos elétricos instalados áo longo da rede de distribuição e/ou transmissão de energia elétrica. O sistema compreende uma central de controle e detectores remotos instalados na rede de ^' distribuição de energia elétrica. Pela análise do documento, percebe-se que o mesmo compreende basicamente um sistema de comunicação remoto básico acionado por contatos NA/NF. Já a presente invenção diferencia-se no tipo e disposição dos sensores usados junto ao banco de capacitores (BC) em estrela aterrada e não aterrada. Nos BCs quando as chaves fusíveis abrem não são detectadas inexistências de tensão a jusante dos elos, mas faixas de tensões e correntes que são discriminadas no concentrador de sensoriamento, alia-se a isso o fato da presente invenção se referir ao uso em BC de média tensão, fato que obriga o isolamento por fibra ótica. Como na fibra circula uma luz ou não, existe um "divisor" no sensor capacitivo responsável por essa discriminação de tensão no caso de BCs não aterrados.

Ainda, no referido documento, a central de controle possui um identificador de chamadas, ao passo que, no caso da presente invenção, a central faz comunicação bi- direcional .

Ademais, no referido ^' documento, o detector remoto usa um banco de reles (contatos NA/NF) , ao passo que no caso da presente invenção o Módulo Detecta Chave Fusível BC usa sensores capacitivos ou indutivos. Encontra-se, pois, neste caso, uma relevante diferenciação frente ao documento encontrado. Além disso, para o referido documento a unidade micro-controlada age pela geração da lógica e do controle do Banco de Relés, e, no caso da presente invenção, a unidade possui a lógica como mostrada na figura 11 (a ser explicada em maiores detalhes posteriormente) e detecta os sinais oriundos dos sensores capacitivos ou indutivos, outra relevante diferenciação frente ao documento encontrado em questão. Mais ainda, no referido documento a detecção é baseada no funcionamento de reles. No caso da presente invenção, a mesma diferencia-se ainda, no fato de que a dita detecção não é feita com base em reles.

O pedido de patente internacional WO 2009/123923, publicado em 8 de outubro de 2009, em nome de COOPER TECHNOLOGIES COMPANY, descreve um sistema de identificação de estado de fusíveis, o qual utiliza-se de detectores para detectar quando fusíveis entram em um estado aberto.

O dito pedido internacional baseia-se em uma proposta de fabricação de fusível mais apropriada para uso em baixa tensão, menor que 1 kV, para proteção de circuitos de linhas de produção em sistemas fabris. Na média tensão só a indução causada pela voltagem inibe o funcionamento correto de emissão de radiofrequência . Trata-se, contudo, de um método de detecção que não corresponde com a presente invenção, uma vez que possuem sim a mesma finalidade, porém utilizam-se de técnicas diferentes para realização da finalidade proposta e aplicam-se a níveis de tensão diferentes .

0 pedido de patente chinês CN 2602555, publicado em 4 de fevereiro de 2004, em nome de UNIV SOUTH CHINA TECH trata-se de um modelo de utilidade, embora não explícito, próprio para monitoramento de fusíveis de circuitos de baixa tensão, menor que 1 kV, para proteção de circuitos de linhas de produção. Cada elo fusível é monitorado individualmente, nesse modelo, e o alarme através de uma lâmpada que pode ser observada à distância, porém no local. O sinal de anomalia no elo fusível é produzido por um transformador conectado ao circuito monitorado. O documento em questão trata de um método de detecção visual de queima de fusíveis, possui a mesma finalidade da presente invenção, mas com técnicas de detecção não remotas, aplicam-se a níveis de tensão diferentes e completamente diferente da apresentada pela presente invenção .

A Patente Norte-Americana US 7,855,630, concedida em 21 de dezembro de 2010, em nome de COOPPER TECHNOLOGIES COMPANY, descreve um indicador do estado de fusíveis, tendo um alojamento incluindo um conjunto de circuito, meios de detecção montados no conjunto de circuito, meio de transmissão de sinal, dentre outros. 0 meio de detecção detecta uma condição de circuito aberto, de modo que, o meio de transmissão de sinal, por sua vez, é configurado para transmitir um sinal para um dispositivo remoto sobre o estado do fusível. Pela matéria descrita no documento, observa-se que o mesmo trata de um outro método de detecção de queima de fusíveis "in loco". Possui a mesma finalidade, mas com técnicas de detecção completamente diferentes e não remotas, os termos "remotos", que aparecem referem-se a distâncias do compartimento dos elos fusíveis e detectores, porém, no mesmo local.

Como pode ser observado, nenhum documento do estado da técnica descreve o monitoramento de chaves fusíveis em banco de capacitores trifásicos aterrados ou não aterrados usados em linhas de média tensão de distribuição de energia elétrica tal como apresentado na presente invenção. A presente invenção diferencia-se dos documentos ora abordados inclusive no que diz respeito ao monitoramento para bancos de capacitores em circuitos trifásicos aterrados e não aterrados. Sumário da Invenção

Atualmente os bancos de capacitores são conectados às linhas de distribuição de energia elétrica e os fusíveis fechados para proteção da linha contra curto-circuitos que podem ocorrer nos elementos capacitivos do banco. No entanto, quando um dos elos fusíveis queima, as compensações reativas e os níveis de tensão ficam prejudicados tendo em vista a não correta compensação reativa e o desequilíbrio de capacitâncias na linha. Tal fato ainda é agravado tendo em vista que muitas vezes os elos fusíveis queimam e as chaves que os abrigam não caem dificultando sobremaneira a detecção de que os mesmos estão queimados. Em muitos casos o tempo para descobrir se um elo fusível esta queimado leva meses.

A disponibilidade das redes de telefonia celular tipo GSM/GPRS nos centros urbanos aliada a viabilidade tecnológica de se conectar junto aos capacitores dos bancos um sensor capaz de detectar a abertura dos mesmos, faz com que a presente invenção mostre-se adequada para a detecção dos estados abertos ou fechados das chaves fusíveis usadas nos bancos de capacitores e sua consequente sinalização junto a uma central do sistema.

Outras vantagens de se utilizar um sistema de monitoramento de chaves fusíveis em banco de capacitores é a redução de perdas técnicas advindas da não compensação das energias reativas existentes nas linhas de distribuição pelos capacitores instalados nos bancos, bem como a melhoria dos níveis de tensão elétrica existentes nestas linhas em função da redução da circulação de correntes advindas das cargas reativas indutivas nelas existentes e não compensadas. Tendo em vista essas problemáticas e vantagens, foi desenvolvido um sistema eletrônico de monitoramento do estado de abertura ou não dos elos fusíveis existentes nas chaves de proteção fusíveis através de sensores eletrônicos ^' instalados junto . ao banco e capacitores, um módulo de comunicação remota através de rede celular de dados tipo GSM/GPRS e de uma estação central de sinalização aos operadores do sistema normalmente instalada na sede da concessionária de energia elétrica, objeto da presente invenção .

Breve Descrição das Figuras

A estrutura e operação da presente invenção, juntamente com vantagens adicionais da mesma podem ser melhor entendidas com referência aos desenhos em anexo e a seguinte descrição.

Cabe ressaltar gue os desenhos descritos aqui são somente para fins ilustrativos de modalidades selecionadas e não todas as possíveis implementações, e não pretendem limitar o escopo da presente invenção.

A Figura 1 ilustra a estrutura do sistema de monitoramento de chaves fusíveis em banco de capacitores, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 2 ilustra o diagrama de blocos do sistema de monitoração de chaves de proteção fusível, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 3 apresenta o diagrama de blocos do Módulo Detecta Chave Fusível BC, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 4 apresenta o diagrama de blocos da estação central, mostrando os elementos básicos constituintes, de acordo com os ensinamentos da presente invenção. A Figura 5 apresenta o diagrama do divisor capacitivo, presente no Módulo Detecta Chave Fusível BC, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 6 apresenta a curva de sensibilidade do foto- transistor do Conjunto ID-D92, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 7 ilustra a visualização do esquema do amplificador operacional para ampliar o sinal transformador de corrente, de acordo com os ensinamentos da presente invenção .

A Figura 8 ilustra o diagrama de blocos da interface de conversão, de acordo com os ensinamentos da presente invenção .

A Figura 9 apresenta o diagrama de blocos do concentrador de sensoriamento, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 10 apresenta a visualização para o fluxo de dados no processo de comunicação pelo micro-controlador com a estação central, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 11 apresenta o diagrama de estados do concentrador de sensoriamento, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 12 ilustra o fluxograma principal de funcionamento _. do concentrador de sensoriamento, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 13 apresenta a rotina de tratamento de interrupção do temporizador, de acordo com os ensinamentos da presente invenção. A Figura 14 apresenta a rotina de amostragem da tensão do sensor, de acordo com os ensinamentos da presente invenção .

A Figura 15 ilustra o diagrama de blocos da fonte de alimentação a ser utilizada em bancos de capacitores, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 16 apresenta a visualização do esquema elétrico do concentrador de sensoriamento, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 17 mostra o layout do circuito impresso do concentrador de sensoriamento, do lado de cima dos componentes, de acordo com os ensinamentos da presente invenção .

A Figura 18 mostra o layout do circuito impresso do concentrador de sensoriamento, do lado de baixo dos componentes, de acordo com os ensinamentos da presente invenção .

A Figura 19 mostra o layout do circuito impresso do concentrador de sensoriamento com as trilhas de ambas as faces, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

A Figura 20 apresenta o diagrama de fluxo de telas do software servidor da estação central, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Embora a presente invenção possa ser suscetivel a diferentes modalidades é mostrada nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, modalidades preferidas com o entendimento de que as presentes modalidades devem ser consideradas exemplificações dos princípios da invenção e não pretendem limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui. O sistema da presente invenção compreende os seguintes módulos :

a) Sensor de identificação do rompimento ou não dos elos fusíveis pertencentes às chaves de proteção fusíveis que alimentam os bancos de capacitores (BC) instalados nas linhas de distribuição de energia elétrica de média tensão; b) Interface de conversão (IC) dos sinais oriundos dos sensores (S) para o concentrador de sensoriamento (CS) ; c) Concentrador de sensoriamento (CS) responsável pelo envio das informações de abertura dos elos fusíveis à estação central (EC) ;

d) Modems de comunicação (M) tipo celular GSM/GPRS; e) Estação central (EC) , responsável por receber/questionar informações relativas ao estado dos elos fusíveis nos cartuchos, das chaves de proteção fusíveis instalados junto aos bancos de capacitores. Composta de interface para o usuário operador do sistema e arquivos de armazenamento de informações.

Na figura 1 é apresentada a estrutura do sistema de monitoramento de chaves fusíveis em bancos de capacitores, contendo o esquema simplificado do sistema de monitoramento de chaves de proteção fusível, com seus elementos básicos, sendo eles:

- Descrição Geral de Operação do Sistema

0 sistema de monitoramento de chaves de proteção fusível para banco de capacitores instalados nas linhas de distribuição de energia elétrica é baseado em cinco dispositivos básicos: sensor (S) , interface de conversão (IC), concentrador de sensoriamento (CS), modem (M) de comunicação e estação central (EC) . Junto aos bancos de capacitores (BCs) são instalados os módulos "Detecta Chave Fusível BC" composto pelo sensor (S) , interface de conversão (IC), concentrador de sensoriamento (CS) e modem (M) de comunicação.

A estação central (EC) instalada no centro de operação (CO) da concessionária é composta, basicamente, por um micro-computador tipo PC, com software de gerenciamento e arquivos de dados.

O sinal oriundo do sensor (S) é conformado na interface de conversão (IC) de modo a identificar se houve rompimento ou não de algum elo fusível.

Posteriormente o sinal é entregue ao concentrador de sensoriamento (CS) que após processá-lo e identificar se houve abertura de um elo fusível, irá transformá-lo em uma mensagem enviada através do modem (M) de comunicação tipo celular GSM/GPRS à estação central (EC) instalada junto ao Centro de Operação (CO) da concessionária. Na EC a informação é armazenada e sinalizada ao (s) operador (es) do sistema .

A comunicação entre o concentrador de sensoriamento (CS) e a estação central (EC) se dará nas seguintes condições :

• Comunicação CS → EC para sinalizar abertura de um dado elo fusível;

• Comunicação CS → EC periódica para sinalizar as perfeitas condições de operação do Concentrador de Sensoriamento;

• Comunicação EC → CS para questionar o estado dos elos fusíveis, bem como as condições de operação dos Concentradores de Sensoriamentos (CS's).

- Diagrama de Blocos do Sistema O Sistema de Monitoração de Chaves de Proteção Fusível é composto basicamente por dois grandes blocos:

- O Módulo Detecta Chave Fusível BC que fica instalado junto aos Bancos de Capacitores instalados nos postes de distribuição de energia elétrica; e

- A Estação Central (EC) instalada junto ao Centro de Operação (CO) da concessionária ^' de energia elétrica que é responsável por gerenciar todos os módulos instalados junto aos BCs, e comunicar quando da ocorrência de abertura de algum elo fusível aos operadores do sistema para que medidas sejam tomadas.

Na Figura 2, é apresentado o diagrama de blocos do sistema, evidenciando a comunicação do módulo de detecção de chave fusível em banco de capacitores até a estação central, como um micro computador.

- Módulo Detecta Chave Fusível BC

0 módulo Detecta Chave Fusível BC fica junto aos BCs instalados nos postes de distribuição de energia elétrica. A Figura 3 apresenta a visualização dos elementos básicos constituintes do respectivo módulo.

A seguir serão explicados em maiores detalhes os blocos constituintes do diagrama acima mencionado.

Divisor Capacitivo: sensor de tensão utilizado nos BCs de configuração estrela não aterrada, em sistemas de 15 kV, responsável pelo sensoriamento de altas tensões alternadas, na faixa de 3.267 à 8.375 Volts.

Fibra Ótica ou Plástica: dispositivo isolante de fibra acoplado oticamente ao divisor capacitivo e à Interface de Conversão (IC) . Sua finalidade é criar uma alta isolação elétrica entre a estrutura de média tensão do BC e a de baixa tensão do módulo Detecta Chave Fusível BC. Shunt Indutivo: sensor de corrente utilizado nos BC s de configuração estrela aterrada, em sistemas de 25 kV, responsável pelo sensoriamento de correntes alternadas na faixa de 2,56 à 30,08 Ampéres.

Interface de Conversão (IC) : responsável pela conformação dos sinais elétricos oriundos dos sensores. Sua saída de nível lógico "0" ou "1" alimenta o Concentrador de Sensoriamento (CS) , que interpretará a informação em função de seu estado momentâneo, podendo gerar comunicação à central .

Concentrador de . Sensoriamento (CS): bloco responsável pela geração de mensagens, recebimento e envio de comandos de comunicação ao Modem (M) para troca de informações com a Estação Central (EC) . Esse bloco deve tanto gerar comandos de envio de mensagens à EC quando são detectadas aberturas dos elos fusíveis, como efetuar leituras se os mesmos estão abertos ou fechados quando questionado pela EC . Trata-se de um circuito microprocessado onde reside toda a inteligência do módulo Detecta Chave Fusível BC.

Modem (M) de Comunicação: trata-se de um modem eletrônico para comunicação celular tipo GSM/GPRS. Esse tipo de comunicação é atualmente tarifada pelas operadoras de telecomunicações por volume de dados transacionados mensalmente e apresenta menores custos de operação para sistemas de sinalização como o aqui apresentado.

Antena : dependendo da intensidade do sinal do sistema de comunicação celular tipo GSM/GPRS que ocorre em um dado local onde encontra-se instalado o BC, poderá ser utilizada antena normal, de maior ganho ou de . maior direcionalidade . O uso de antenas especiais será capaz de ampliar a área de atuação do módulo Detecta Chave Fusível BC em função das coberturas existentes pelas operadoras comerciais.

Fonte de Alimentação ( FA) : responsável em disponibilizar as tensões contínuas necessárias à operação dos diversos blocos que constituem o módulo Detecta Chave Fusível BC. Por ser alimentada pela tensão alternada de distribuição 127/220 Volts, proteções especiais serão necessárias para proteger todo o módulo contra _. surtos de tensão. Como a inoperância do sistema de sinalização de abertura de elos ^' fusíveis não irá acarretar maiores problemas às concessionárias em caso de falta de energia, o mesmo deverá ser alimentado por fonte monofásica sem necessidade de back-up através de baterias, pois não há qualquer necessidade de comunicação nos momentos sem energia elétrica.

Painel Fotovoltaico (FV) : responsável em transformar as radiações solares em energia elétrica, seu uso é recomendado em instalações de BC s em que não há rede secundária junto ao poste onde encontra-se instalado o módulo Detecta Chave Fusível BC.

Interface de Alimentação (IA) e Bateria (B) : circuito eletrônico de potência capaz de carregar a Bateria (B) com a energia convertida pelo painel para que o sistema possa operar mesmo durante os momentos em que não há radiação solar.

- Estação Central

A Estação Central (EC) fica próxima ao Centro de Operação (CO) da concessionária, sendo responsável pelo gerenciamento de todos os _módulos Detecta Chave Fusível BC instalados nos postes da rede de distribuição e informações do sistema. A Figura 4 apresenta os elementos básicos constituintes desta central, representando o diagrama de blocos da estação central, em que, são mostrados respectivamente: arquivos de dados; SW Gerenciamento; Placa de rede; Firewall; DMZ LAN Corporativo; Roteador corporativo de Internet; e Internet.

Fisicamente, a Estação Central (EC) será um microcomputador tipo PC. Essa máquina terá o papel de servidor do sistema, enquanto os sensores remotos atuarão como clientes. Deverá ter IP fixo e público, acesso à Internet e interligação com sistemas corporativos, como IHM.

Dispõe de software, desenvolvido dentro deste projeto, para gerenciamento de todo o sistema de monitoramento das chaves fusíveis.

Além do software, há arquivos de dados que são o repositório para cadastro de pontos monitorados, sensores instalados, configurações, dados de usuários, histórico de eventos, etc.

À Estação Central com seu software de gerenciamento cabe :

· possibilitar interface para interação com usuários ;

• manter cadastro de pontos monitorados, sensores instalados, vinculação ponto-sensor, usuários, eventos, etc . ;

· receber e armazenar os eventos recebidos dos sensores remotos;

• possibilitar a consulta ao estado dos sensores remotos (condição das chaves);

• comunicar-se com sistemas corporativos da área de operação, alimentando-os com informações sobre eventos ocorridos e recebendo e processando consultas aos sensores remotos;

• configurar sensores remotos passando-lhes tempos de caracterização, data-hora para comunicação de auto- teste, etc . ;

• supervisionar o adequado funcionamento dos sensores, reportando anomalias detectadas;

• exportar dados e gerar relatórios; e

• efetuar backup diário.

Módulo Detecta Chave Fusível BC

A seguir serão descritas as características dos principais elementos escolhidos que comporão o Módulo Detecta Chave Fusível BC.

- Divisor Capacitivo

A figura 5 apresenta o diagrama do divisor capacitivo.

Os capacitores Cl a Cn que compõem o divisor capacitivo causam uma queda de tensão sobre o resistor Rshunt, que, após retificada pela ponte retificadora de onda completa composta por quatro díodos e filtrada pelo capacitor Ci, energisa o LED, causando seu acendimento.

- Fibra Ótica

O conjunto Led - Fibra Ótica - Opto Transistor visa transferir a informação detectada pelo sensor de: "elo fusível aberto" à Interface de Conversão (IC) . O fator mais importante do conjunto é criar o isolamento elétrico do sensor que encontra-se conectado às linhas de média tensão. Para isto foi escolhido o conector Foto-transistor Fibra Plástica IF-D92 do fabricante INDUSTRIAL FIBER OPTICS, INC, acompanhado da fibra ótica 2.000 mm de comprimento no kit FB104-ND do mesmo fabricante.

As principais características desse conector são: Máxima fotosensibilidade (Àpeak) : 870 nm

Banda Spectral (Δλ):400 a 1.100 nm

Tempo de chaveamento mínimo: 20 με

Sensibilidade mínima

Tensão de Ruptura Coletor - Emissor: 30 Volts

Tensão de Saturação Coletor - Emissor: 0,15 Volts

Corrente Máxima de Pico de Coletor: 100 mA

Corrente de Coletor: 50 mA

Potência Máxima: 100 mW

Faixa de Operação de temperatura: -40° C a +85° C

Temperatura máxima da junção: +85° C

As principais características da fibra-ótica são:

Fibra tipo: monoModo

Conexão: 90° ± 2%

Diâmetro externo máximo: 7,11 mm.

Na figura 6, a curva de sensibilidade do Foto- transistor do Conjunto ID-D92 é apresentada.

A curva de sensibilidade é construída em função do comprimento de onda λ, em nanômetros; a percentagem de resposta normalizada, e a emissão espectral relativa S _re i , sendo dada em função de λ.

Ressalta-se que para se obter maior rendimento de operação do conjunto LED - Fibra ótica - Foto-transistor o LED deve operar na faixa de infra-vermelho em torno de 900 nm.

Sensor Indutivo

Trata-se um pequeno transformador de corrente (TC) de relação 100:5 Ampéres que mede a corrente de fuga para a terra em bancos de capacitores em estrela aterrada. No TC de proteção tipo janela passa o cabo que liga o neutro da estrela ao terra.

Tendo em vista que as tensões oriundas do TC 100:5 Ampéres são muito baixas para sensibilizar o Concentrador de Sensoriamento (CS) , há um amplificador para ampliação destes sinais.

Na figura 7 é apresentado o esquema do Amplificador Operacional para Ampliar o Sinal do TC, sendo um amplificador desenvolvido para ser usado em conjunto com o TC.

Como pode ser observado, trata-se de um amplificador operacional com alimentação simples de 5 Volts, oriunda do Concentrador de Sensoriamento (CS) e fator de amplificação de 180 vezes (R5/R4) .

Interface de Conversão (IC)

Inicialmente alguns tempos que envolvem os BC s são importantes de serem conhecidos, na tabela 1 são apresentados os ditos tempos.

Tabela 1

Ocorrência nos BC s Tempo esperado

( segundos )

Tempo de fechamento manual 120 a 600

Tempo de fechamento com chave a óleo 28 a 70 mili

Tempo de queima de fusível interno* 0,1 a 1

Tempo de queima de fusível externo* 1 a 10

Ressalta-se que os valores indicados seguem as recomendações IEC 593 e IEC 6087-1.

Portanto caso ocorra um grande curto-circuito interno em uma das células de uma unidade capacitiva, o desbalanço de corrente pode durar até cerca de 1 segundo para que o fusível interno se queime, e na pior das hipóteses até 10 segundos para que o elo fusível (fusível externo) se rompa. Deve-se então admitir como tempo de queima de um elo fusível um tempo muito superior a 10 segundos. Foi adotado na IC da presente invenção o tempo de 1 minuto.

Por outro lado, os sinais oriundos tanto dos sensores de tensão com interface óticas, como dos sensores de corrente com interfaces elétricas, são sempre sinais pulsantes na frequência da rede (60 Hz), que devem ser conformados conforme o diagrama de blocos da interface de conversão apresentado na figura 8. 0 sinal de saída da interface de conversão (IC) é que dá ao micro-controlador a informação "elo fusível queimado".

A seguir será apresentada a descrição dos elementos constituintes do diagrama de blocos da interface de conversão presentes na Figura 8.

Resistor Shunt - responsável pela detecção de elos fusíveis abertos nos sistemas de 25 kV e BC s na configuração estrela aterrada.

Divisor Capacitivo - responsável pela detecção de elos fusíveis abertos nos sistemas de 15 kV e BC s na configuração estrela com neutro isolado.

Foto-transistor - responsável em transformar o sinal luminoso oriundo da fibra-ótica em sinal elétrico de baixa tensão. Neste bloco o sinal deve ser detectado, amplificado e fornecido em estágio de saída de baixa impedância.

Amplificador Diferencial - esse amplificador deve ser auto protegido contra surtos de tensão e realizar a amplificação de modo comum do sinal alternado oriundo do resistor shunt, sua saída deve ser de baixa impedância.

Amplificado de Ganho G - capaz de aumentar a relação sinal/ruído através de amplificação de alto ganho (G > 100 vezes) e limpar possíveis espúrios e spikes oriundos de chaveamentos na rede de energia elétrica.

Schmitt Trigger - comparador de realimentação positiva capaz de prover em sua saída sinais de níveis altos e baixos bem definidos.

Integrador - integrador capaz de receber inúmeros pulsos e emitir em sua saída um único pulso integrado. Após a integração o mesmo deve ser "zerado" para iniciar uma nova integração dos sinais em sua entrada.

Concentrador de Sensoriamento (CS)

O Concentrador de Sensoriamente é a unidade de processamento do equipamento sensor, tendo como componente principal um microcontrolador com memória de programa, memória de trabalho volátil e memória de dados não volátil, sendo responsável por toda "inteligência" e comportamento do equipamento.

Tem como funções principais:

Receber informações oriundas do sensor de tensão processá-las e, eventualmente, mudar de estado e gerar comunicação à EC;

- Efetuar comunicações periódicas com a EC para atestar o funcionamento do CS e dos meios de comunicação (modem, rede GS /GPRS, etc. ) , reprogramando o alarme do modem para a data-hora do próximo auto-teste;

- Enviar comandos AT para o modem GSM, receber e interpretar suas URC s (unsolicited result codes) ;

- Efetuar conexões GPRS e trocar informações com a EC . Na figura 9 é apresentado o diagrama em blocos do

Concentrador de Sensoriamento (CS) .

Tal diagrama é compreendido de: um bloco RAM, CLOCK, um bloco C da interface de conversão, um bloco USART, um bloco EEPROM, e um bloco representando a porta periférica; todos estes blocos entram em comunicação com um modem, e este respectivamente com a antena.

Na figura 10, pode-se visualizar o fluxo de dados no processo de comunicação pelo microcontrolador com a Estação Central (EC) .

Conforme pode-se observar, a informação referente à abertura de um dado elo fusível é disponibilizada pelo sensor à Interface de Conversão (IC) que após conformar o sinal, envia-o ao Concentrador de Sensoriamento (CS) e posteriormente à estação central (EC) . De forma inversa, dados são enviados pela EC aos CS, questionando sobre a abertura de algum elo fusível ou não.

A comunicação entre os sensores de abertura de chaves fusíveis e a EC se dará através de protocolo específico, incluindo comandos e mensagens.

0 concentrador de sensoriamento pode ser visto como uma máquina de estados, podendo assumir 4 estados distintos :

I- Situação normal, indicando que as 3 chaves estão fechadas e a tensão no sensor encontra-se dentro de limites pré-estabelecidos .

II- Tensão anormal no sensor, indicando abertura de uma ou duas chaves. A persistir esta situação, vencido o tempo de caracterização, o equipamento passa para a situação 3, havendo comunicação de evento à Estação Central .

III- A situação anormal persistiu por tempo superior ao de caracterização de evento, estando, portanto a alimentação do BC irregular (uma ou duas chaves abertas) . Ao entrar nesta situação, o evento é reportado à central. IV- A situação anormal foi regularizada, por si só, ou por intervenção de pessoal técnico. Se persistir por tempo superior ao de caracterização, o equipamento volta para a situação 1, havendo comunicação à central.

A figura 11 apresenta o diagrama de estados do concentrador de sensoriamento (CS) indicando os 4 estados e as transições entre eles.

A figura 12 mostra o fluxograma principal do funcionamento do CS. Como se vê, após a etapa de inicialização, o aparelho entra num laço infinito. Na inicialização tem-se:

- A variável Estado é iniciada com ^λ 1', indicando situação, a principio, normal;

- A variável Amostrar recebe ^X F' (false), indicando que não será feita amostragem da tensão do sensor nesse momento;

As variáveis Com_abertura e Com_regulariz recebem ^A F' , indicando que não há comunicação a ser feita para a Estação Central;

- 0 temporizador de amostragem ( tmpAmostragem) é zerado;

0 temporizador de caracterização (tmpCaract) é zerado;

A interrupção do temporizador é habilitada.

Habilitada a interrupção, ela pode ocorrer em qualquer ponto do laço, o que provocará o desvio para a rotina de tratamento correspondente, mostrada na figura 13, a qual apresenta a rotina de tratamento de interrupção do temporizador . Essa rotina, dependendo do estado do equipamento, pode provocar a amostragem da tensão do sensor ou a comunicação de evento ou regularização.

Da figura 13 depreende-se que a amostragem da tensão no sensor é feita independente do estado do CS. A cada interrupção o temporizador de amostragem ( tmpAmostragem) é incrementado e, ao atingir um valor pré-determinado, a variável Amostrar recebe T (true) , o que fará com que a rotina de amostragem seja disparada.

Se o equipamento estiver no estado 2 ou 4 e não for chegado o momento de amostragem, o temporizador de caracterização (tmpCaract) é incrementado, seja de evento ou regularização. Atingido limite pré-estabelecido, o estado muda, de 2 → 3 ou de 4 → 1 e a comunicação será feita na rotina principal.

A figura 14 apresenta em detalhes a rotina de amostragem da tensão do sensor, podendo provocar, conforme a situação, a mudança de estado do equipamento. O sistema entra periodicamente nesta rotina por ação do temporizador que "liga" a variável "Amostrar" sempre que o acumulador "tmpAmostragem" atinge um determinado limite.

Após "desligar" a variável Amostrar a rotina faz a amostragem da tensão do sensor e eventual mudança de estado .

Modem (M) de Comunicação

É usado módulo GSM/GPRS quad-band. São considerados, entre outros, requisitos como dimensões reduzidas, baixo consumo, faixa de temperatura de operação, conformidade com a diretiva RoHS, etc.

Antena Dependendo da intensidade do sinal do sistema de comunicação celular tipo GSM/GPRS que ocorre em um dado local onde encontra-se instalado o BC, poderá ser utilizada antena normal, de maior ganho ou de maior direcionalidade . O uso de antenas especiais será capaz de ampliar a área de atuação do módulo Detecta Chave Fusível BC em função das coberturas existentes pelas operadoras comerciais.

Fonte de Alimentação

Como já realçado anteriormente, a inoperância do sistema de sinalização de abertura de elos fusíveis não irá acarretar maiores problemas às concessionárias em caso de falta de energia, bastando o módulo Detecta Chave Fusível BC ser alimentado normalmente por uma fonte monofásica sem necessidade de back-up através de baterias, pois não há qualquer necessidade de comunicação nos momentos sem energia elétrica.

No caso de falta de energia oriunda da fonte monofásica nos testes de operação realizados diariamente pela Estação Central instalada junto ao centro de Operação (CO) , será detectada a anormalidade de comunicação e consequentemente disparado o procedimento de manutenção para averiguação "in loco" do problema de ausência de comunicação existente.

Na figura 15 é apresentado o diagrama de blocos da fonte de alimentação, a ser utilizado em BC s onde são disponíveis as tensões secundárias (127/220 Volts).

As principais características dos blocos pertencentes à fonte de alimentação AC são:

- Proteção Contra Surtos: trata-se de dispositivo tipo varistor capaz de absorver surtos de tensão esporádicos oriundos de descargas atmosféricas e de manobras na rede de distribuição tanto primária como secundária.

Proteção Contra IEM: bloco capaz de rejeitar interferências eletromagnéticas e interferências de modo comum, como harmónicos, spikes, transientes de alta frequência, para que os mesmos não cheguem ou cheguem fortemente atenuados ao conversor AC-DC.

Conversor AC-DC: é a fonte de alimentação propriamente dita. Deve ser de alimentação monofásica e de alto rendimento, capaz de suprir tensão e potência necessárias para alimentar todos os blocos do módulo Detecta Chave Fusível BC.

Painel Fotovoltaico (FV)

Responsável em transformar as radiações da faixa do infravermelho oriundas do sol em energia elétrica, seu uso deverá ser exclusivo para instalações de BC s em que não há disponível a possibilidade de alimentação por rede elétrica secundária (baixa tensão). Como o sistema de sinalização de abertura de elos fusíveis deverá operar tanto durante o dia como durante a noite nos momentos que não há radiação solar suficiente para a geração de energia elétrica pelo painel fotovoltaico, o mesmo deverá ser conectado à interface de alimentação que irá carregar uma bateria capaz de alimentar o módulo Detecta Chave Fusível BC nos períodos de baixa radiação solar.

Podem ser usados painéis fotovoltaicos do tipo poli- cristalino ou monocristalino de capacidade de 10 Watts de potência junto com o painel já vem o sistema de controle de carga e a bateria cuja finalidade é fornecer energia elétrica ao "módulo detecta chave fusível BC" nos momentos sem insolação. Esquemas Elétricos

Os esquemas elétricos e o circuito impresso do módulo Concentrador de Sensoriamento são apresentados nas figuras 16, 17 e 18. Na figura 16 é apresentado o esquema eletrônico do concentrador de sensoriamento. Na figura 17 é apresentado o layout do circuito impresso do concentrador de sensoriamento, observado a partir do lado de cima dos componentes. Na figura 18 é apresentado o layout do circuito impresso do concentrador de sensoriamento, a partir do lado de baixo dos componentes.

Conforme é observado, o circuito impresso foi desenvolvido para montagens de componentes tipo SMD (Surface Mounting Device - Componente de Montagem em Superfície) .

A figura 19 apresenta o layout do circuito impresso do

Concentrador de Sensoriamento com a projeção das trilhas de ambas as faces.

Estação Central

A figura 20 apresenta o diagrama de fluxo de telas do software servidor da Estação Central. A figura mostra as telas existentes no sistema e como se pode navegar por elas, sempre a partir da janela principal.

A partir da janela principal são acessíveis as telas

"Administração", "Consulta a Eventos", "Filtro de Eventos" e "Intensidade do Sinal GSM". Para acessar a tela de

"Administração" é necessário que o usuário passe pela tela

"Autenticação", onde é solicitada a digitação de senha. A autenticação também é necessária para fechar a aplicação.

A seta ligando as telas "Consulta a Eventos" e "Filtro de Eventos" significa que pode-se acessar a segunda através da primeira, podendo-se depois retroceder. No entanto, se a tela "Filtro de Eventos" for acessada diretamente da "Janela Principal", não é possível acessar a tela "Consulta a Eventos.

Principais Características do Aplicativo- Sw Gestão

0 WK08MCF é um software executável diretamente pelo SO

(sistema operacional), não requerendo interpretador ou máquina virtual.

Linguagem de desenvolvimento: C++;

Compilador: CodeGear™ C++Builder® 2007

Arquivo de dados: Arquivo único, mono usuário (acesso exclusivo) ;

Plataforma compatível: Microcomputador tipo PC, padrão Intel® ou similar;

Sistema operacional: Windows® XP ou Windows® Server;

Instalação: Através de instalador auto-executável fornecido em CD;

Comunicação com sensores de: TCP/IP, GPRS;

Backup: 0 sistema faz backup do arquivo de dados diariamente às 04:00:00 h e o envia por e-mail aos usuários designados. Fica disponível por 24 h na pasta Program Files/Waika AC/WK08MCF/Data/Work . Esse arquivo tem a extensão wk8s (Exemplo: 101118040000. wk8s ) . Para maior segurança, a área de TI da CPFL poderá agendar a cópia remota diária para outra máquina.

Externalização dos Dados do Aplicativo Sw Gestão

Além dos relatórios de auto-teste não efetuados, que permite que se monitore o bom funcionamento dos sensores e do relatório de eventos das últimas 24 horas, enviados por e-mail, o sistema possibilita a consulta ao histórico de eventos. A tela "Filtro de Eventos" permite que se exporte nos formatos CSV e TXT o resultado da seleção feita. É possível obter o histórico de todos ou de apenas um BC por um período de "n" dias anteriores à data corrente.

Exemplos de Pontos Monitorados

A Estação Central - EC possui incorporada um Software de Gestão SW_Gestão e Banco de Dados - BD.

Embora uma modalidade preferida da presente invenção seja mostrada e descrita, aqueles versados na técnica compreenderão que várias modificações podem ser feitas sem se afastar do escopo e do espírito da presente invenção, tal como definidos nas reivindicações anexas.

É expressamente previsto ainda que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma, para alcançar os mesmos resultados, estão dentro do escopo da presente invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas.