BRPI0710221A2 - sistema e método para monitorar o deslocamento dentro dos compartimentos do comutador de derivação energizado - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MéTODO PARA MONITORAR O DESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DO COMUTADOR DE DERIVAçãO ENERGIZADO. Um sistema e método de medição de deslocamento de componentes energizados dentro de um compartimento de um comutador de derivação. Um módulo sensor de fibra óptica está disposto dentro de um compartimento de um transformador. O módulo sensor monitora o deslocamento de um ou mais componentes energizados dentro do compartimento do transformador. O módulo sensor transmite informações para um módulo controlador que utiliza as informações para a geração de sinais analógicos ou digitais, sinais de controle, de medição de tensão e/ou corrente ou outras informações.

Description

"SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO".

Campo da Invenção

A invenção está relacionada ao campo do monitoramento dedeslocamento para compartimentos energizados de comutadores dederivação. Mais especificamente, a invenção diz respeito a um sensor defibra óptica que monitora o deslocamento de componentes dentro de umcompartimento energizado de um comutador de derivação.

Fundamentos da Invenção

Comutadores de derivação são equipamentos acoplados atransformadores de energia para a regulagem da tensão de saída aos níveisdeterminados, o que normalmente é realizado alterando-se a relação dostransformadores do sistema, modificando-se o número de voltas em uma dasespiras de um ou mais transformadores apropriados ou necessários para tal.Comutadores de derivação causam mais falhas ou interrupções de serviço doque qualquer outro componente de um transformador de energia. Falhas deum comutador de derivação podem ser classificadas em elétricas, mecânicasou térmicas. Muitos defeitos se iniciam por conta de problemas mecânicosem contatos, resistores de transição ou rupturas de isolamento.

E muito importante o monitoramento da condição de um comutadorde derivação para evitar potenciais falhas ou interrupções de serviço de umtransformador. Historicamente para se verificar a condição de um comutadorde derivação, o compartimento do mesmo é desenergizado para que asmedições físicas dos componentes possam ser realizadas. A verificaçãovisual dos componentes também auxilia na determinação das condições docomutador de derivação.

Foram desenvolvidos alguns sistemas que permitem a avaliação decomutadores de derivação com carga elétrica, não afetando sua operaçãoregular nem necessitando sua desenergização. Estes sistemas utilizam umacombinação de emissão acústica e técnicas vibratórias (AE/VA). Aavaliação por Emissão Acústica se baseia no fato de que nenhuma emissãoacústica é esperada de um comutador de derivação que esteja ou semoperação ou em boas condições. As Técnicas Vibratórias incluem arecepção de um sinal de uma operação do comutador de derivação,realizando uma comparação de suas características (tempo, amplitude,energia etc.) com outro sinal obtido algum tempo depois ou com algumaoutra unidade de operação de mesma característica. Quando utilizada umacombinação de ambas as técnicas, a avaliação da condição do comutador dederivação sem carga elétrica é feita utilizando-se emissões acústicas, e comcarga elétrica utilizando-se técnicas vibratórias.

Estes sistemas, porém, possuem desvantagens, como por exemplo oselevados custos da complexa análise requerida pela técnica vibratória. Estessistemas também não monitoram o deslocamento de componentes dentro docomutador de derivação. O monitoramento do deslocamento fornece umaboa indicação do nível de desgaste de um componente do comutador dederivação. Além disso, os compartimentos de comutadores de derivaçãocontêm óleo que impedem diversos tipos de sensores de obterem mediçõesprecisas.

Estas e outras desvantagens são conhecidas.

Breve Descritivo da Invenção

Refere-se a presente patente de invenção a um sistema e método paramedição do deslocamento dos componentes de um transformador. Deacordo com a invenção, um módulo sensor está disposto dentro docompartimento de um transformador. O módulo sensor monitora odeslocamento de um ou mais componentes energizados dentro docompartimento do transformador. O módulo sensor utiliza preferencialmentefibra óptica para a medição do deslocamento dos componentes. O módulosensor transmite informações para um módulo controlador que utiliza asinformações para a geração de sinais analógicos ou digitais, sinais decontrole, de medição de tensão e/ou corrente ou outras informações.

Refere-se a presente patente de invenção a um sistema e método paramedição do deslocamento dos componentes de um comutador de derivaçãoenergizado. De acordo com a invenção, um módulo sensor, disposto dentrodo compartimento de um comutador de derivação, está acoplado a umcircuito de interrupção de um sistema de proteção de um interruptor devácuo. O módulo sensor está disposto em uma placa de sensor e posicionadoacima de uma placa reflexiva sobre uma placa de montagem. O módulosensor é posicionado preferencialmente de tal maneira que a luz emitidapelo módulo sensor seja desviada da placa reflexiva de volta para o módulosensor. Informações com relação à luz refletida de volta ao módulo sensorsão comunicadas ao módulo controlador, conectado ao módulo sensor eposicionado exteriormente ao compartimento do comutador de derivação.

Os módulos sensor e controlador se encontram, preferencialmente,conectados entre si por intermédio de um cabeamento de fibra óptica. Ocabeamento de fibra óptica passa pelo compartimento do comutador dederivação, preferencialmente, através de uma de suas paredes, utilizando-sepassa-cabos.

O cabeamento de fibra óptica abastece o módulo de controle cominformações utilizando o conversor. O conversor processa a informaçãodeterminando se houve deslocamento da placa de montagem. Com basenesta determinação, o módulo controlador gera um ou mais sinais usando,por exemplo, um controlador lógico programável (PLC).

Refere-se a presente patente de invenção também a um sistema emétodo de monitoramento do estado de operação da garrafa de vácuo de umsistema de proteção de um interruptor de vácuo, dotado de um módulosensor óptico de deslocamento posicionado no interior do compartimento deum comutador de derivação. O módulo sensor monitora o estado de umaválvula da garrafa de vácuo, controlando opticamente a posição da mesma.Baseado nesta informação um módulo controlador, em comunicação com omódulo sensor, determina se a válvula da garrafa de vácuo se encontra emposição "aberta" ou "fechada" do circuito da mesma. A válvula éacomodada em posição de descanso para cada estado de operação. Durante otempo de operação, esta posição de descanso se altera, sendo esta alteraçãouma indicação do desgaste sofrido pela válvula. O módulo controladordetermina a quantidade de deslocamento ocorrida nas posições de descanso,baseado nas informações fornecidas pelo módulo sensor. Esta determinaçãoauxilia na estipulação da necessidade de troca de uma garrafa de vácuo paraevitar possíveis falhas da mesma.

Desta maneira foram delineados, ainda que de modo geral, certosescopos desta invenção a fim de que o relatório descritivo possa ser melhorcompreendido, e a fim de que a presente contribuição para o estado datécnica possa ser melhor apreciada. Existem, claro, incorporações adicionaisda invenção que são melhor descritas abaixo e formam o assunto objeto dasreivindicações em anexo.

A esse respeito, e antes de explicar ao menos uma incorporação dainvenção em detalhes, deve ser entendido que a invenção não está limitadaem sua aplicação pelos detalhes construtivos e disposição dos componentesapresentados na descrição a seguir ou a ilustrada nos desenhos. A invenção écabível de incorporações adicionais às descritas e de ser praticada eexecutada de várias maneiras. Além disso, deve-se compreender que afraseologia e terminologia aqui empregadas, bem como o resumo, possuemum propósito descritivo e não devem ser consideradas limitantes.

Como tal, aqueles versados no estado da técnica apreciarão aconcepção na qual esta patente de invenção é baseada, podendo a mesma serprontamente utilizada como base para o design de outras estruturas, métodose sistemas de execução dos vários propósitos da invenção. Então, éimportante que as reivindicações sejam respeitadas quando da inclusão deoutras disposições construtivas equivalentes, desde que não se desviem doespírito e escopo da invenção.

Breve Descritivo dos Desenhos

Fig.1 - E uma ilustração de um sistema para monitorar odeslocamento de componentes energizados dentro de um compartimento deum transformador, de acordo com um dos escopos da invenção.

Fig.2 - E uma ilustração de um sistema para monitorar odeslocamento de componentes energizados dentro de um compartimento deum transformador, de acordo com um dos escopos da invenção.

Fig.3 - E uma vista superior de um módulo sensor acoplado a ummódulo interruptor, de acordo com um dos escopos da invenção.

Fig.4 - E uma ilustração de um sistema para monitorar odeslocamento de garrafa de vácuo, de acordo com um dos escopos dainvenção.

Fig.5 - E um fluxograma de método de um sistema para monitorar dedeslocamento de componentes energizados dentro de um compartimento deum transformador, de acordo com um dos escopos da invenção.

Descrição Detalhada

O objeto da presente Patente de Invenção está descrito nos desenhosacima relacionados, nos quais os números referem-se aos respectivoscomponentes, em seu todo. A figura 1 representa um sistema (10) e métodopara monitorar o deslocamento de componentes energizados dentro docompartimento de um transformador (20), de acordo com um dos escopos dainvenção.

De acordo com o proposto pela presente Patente de Invenção, ummódulo sensor (30) encontra-se disposto em um compartimento de umtransformador (20). O módulo sensor (30) monitora o deslocamento de umou mais componentes energizados (40) dentro do compartimento dotransformador (20). O módulo sensor (30) utiliza preferencialmente fibraóptica para medir o deslocamento dos componentes (40). O módulo sensor(30) emite luz, que é desviada reflexivamente pelos componentesenergizados (40) de volta ao módulo sensor (30), para obter-se as mediçõesde deslocamento. O módulo sensor (30) transmite a informação para omódulo controlador (50). A informação é transmitida, preferencialmente,através de um cabeamento de fibra óptica (60), o qual passa através de umadas paredes (71) do compartimento do transformador (20).

O módulo controlador (50) recebe a informação usando o conversor(70), que processa as medições para gerar um ou mais sinais de saída (80).

Os sinais de saída (80) podem ser, por exemplo, sinais analógicos oudigitais, sinais de controle, de medição de tensão e/ou corrente ou outrasinformações. Estes sinais ou outras informações podem ser utilizados paracontrolar partes do transformador ou prover informações a respeito dodesgaste de um componente (40), o que está mais detalhadamente descritoabaixo.

As figuras 2 e 3 mostram um sistema (100) de medição dedeslocamento de componentes energizados de um comutador de derivação eum módulo sensor (110), montado em um compartimento de um comutadorde derivação (120), respectivamente, de acordo com um dos escopos dainvenção. A presente patente sugere a utilização de um módulo sensor (110)disposto no interior de um compartimento (120) de um transformador. Omódulo sensor (110) pode ser acoplado a um módulo interruptor (130) deum sistema de proteção de interruptor a vácuo (140). O módulo sensor (110)pode ser disposto em uma placa de sensor (150) e posicionado acima de umaplaca reflexiva (160) sobre uma placa de montagem (170). O módulo sensor(110) pode ser utilizado para prover informações a respeito das condições deoperação do módulo interruptor (130).O módulo sensor (110) é posicionado preferencialmente de talmaneira que a luz emitida pelo módulo sensor (110) seja desviada da placareflexiva (160) de volta para o módulo sensor (110). Informações comrelação à luz refletida de volta ao módulo sensor (110) são comunicadas aomódulo controlador (180), conectado ao módulo sensor (110) e posicionadoexteriormente ao compartimento do comutador de derivação. Estasinformações preferencialmente dizem respeito a medições de deslocamentoda placa de montagem (170) dentro do módulo interruptor (130), auxiliandona determinação da quantidade de desgaste ocorrida no módulo interruptor(130). Os módulos sensor (110) e controlador (180) se encontram,preferencialmente, conectados entre si por intermédio de um cabeamento defibra óptica (190). O cabeamento de fibra óptica (190) passa pelocompartimento do comutador de derivação, preferencialmente, através deuma de suas paredes (200), utilizando-se passa-cabos (210) e parafusosborboleta específicos para cabos de fibra óptica (220).

O cabeamento de fibra óptica (190), preferencialmente, adentra omódulo controlador (180) através de passa-cabos (210) e parafusosborboleta específicos para cabos de fibra óptica (220). O cabeamento defibra óptica (190) está conectado no módulo controlador (180) a umconversor (230), o qual utiliza as informações recebidas do módulo sensor(110) para determinar o deslocamento da placa de montagem (170). Odeslocamento auxilia na determinação da quantidade de desgaste ocorridano módulo interruptor (130). Baseado nestas determinações, o conversor(230) transmite sinais para um controlador lógico programável (240), quefornece um ou mais sinais de saída (250). Os sinais de saída (250) podemser utilizados para controlar outros componentes do transformador ou proverinformações a respeito das condições do módulo interruptor (130).

A figura 4 ilustra um sistema (300) para monitorar o estado deoperação de uma garrafa de vácuo (310) de um sistema de proteção deinterruptor de vácuo (320) de um transformador. O sistema (300) utiliza ummódulo sensor óptico de deslocamento (330), disposto no interior docompartimento de um comutador de derivação (340). O módulo sensor(330) monitora as condições de uma válvula (350) da garrafa de vácuo(310), localizando opticamente a posição da válvula (350). Baseado nestainformação um módulo controlador (360), em comunicação com o módulosensor (330), determina se a válvula (350) se encontra em posição "aberta"ou "fechada". A informação comunicada pelo módulo sensor (330) pode serrecebida pelo módulo controlador (360) usando o conversor (370), estando omódulo sensor (330) e o conversor (370), preferencialmente, conectadosatravés de um cabeamento de fibra óptica (380). O cabeamento de fibraóptica (380) deve passar por uma das paredes (371) do sistema de proteçãode interruptor de vácuo (320).

A válvula (350) é acomodada em posição de descanso para cadaestado de operação. Durante o tempo de operação, esta posição de descansose altera, sendo esta alteração uma indicação do desgaste sofrido pelaválvula (350). O módulo controlador (360) determina a quantidade dedeslocamento ocorrida nas posições de descanso, baseado nas informaçõesfornecidas pelo módulo sensor (330). Esta determinação auxilia naestipulação da necessidade de troca de uma garrafa de vácuo (310) paraevitar possíveis falhas do sistema de proteção do interruptor de vácuo (320).

O conversor (370) transmite sinais para, por exemplo, um controladorlógico programável - PLC - (390), o qual gera um ou mais sinais de saída(400) que podem ser utilizados para controlar outros componentes dotransformador ou dados referentes às condições de operação da garrafa devácuo (310).

A figura 5 ilustra um método para monitorar deslocamento dentro deum compartimento energizado de um comutador de derivação. Um sensorcapaz de operar dentro de um comutador de derivação energizado estádisposto e montado no interior do compartimento do comutador dederivação, (passo 500). O sensor, preferencialmente, deverá ser um sensorde fibra óptica e capaz de ser energizado, quando posicionado próximo aoutros componentes.

O sensor é colocado em comunicação com um controlador como, porexemplo, um módulo controlador (510). O sensor comunica-se,preferencialmente, com o conversor do controlador através de umcabeamento de fibra óptica. O sensor recebe, preferencialmente, asinformações de deslocamento de um componente enquanto o componente seencontra em estado energizado (520). O sensor comunica a informação dedeslocamento para o controlador usando o cabeamento de fibra óptica (530).Baseado na informação recebida pelo sensor, o conversor determina aquantidade de deslocamento sofrida pelo componente no interior docompartimento do comutador de derivação (540). O conversor então geraum sinal de saída baseado na quantidade de deslocamento determinada(550). O sinal de saída pode ser, por exemplo, um alerta para o fato de ocomponente ter alcançado seu ponto crítico, uma notificação de umaquantidade de desgaste alcançado ou outra informação.

As muitas características positivas e vantagens da invenção ficamevidentes a partir do relatório descritivo, e assim se objetiva, pelasreivindicações anexas, a cobertura de todas estas características positivas evantagens da invenção, as quais constituem o verdadeiro espírito e escopoda invenção. Além disso, uma vez que numerosas e bem-vindasmodificações e variações poderão decorrer daqueles versados na técnica,não se deseja a limitação da invenção à exata construção e operaçãoilustradas e descritas e, conforme seja, todas as apropriadas e equivalentesmodificações podem ser passíveis de recurso, desde que incluídas no escopoda invenção.

Claims (20)

1. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", caracterizado por umsistema para monitorar o deslocamento de componentes energizados de umcomutador de derivação, compreendendo um sensor capaz de operar nointerior de um compartimento energizado de um comutador de derivação;um conversor conectado ao sensor; e um gerador de sinais de saída, emcomunicação com o conversor, gerando informações baseadas dos dadosrecebidos do sensor pelo conversor.

2. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por compreender um sensorde fibra ótica.

3. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por sensor que monitora odeslocamento de um componente energizado de um comutador dederivação.

4. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO". Cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por adicionalmentecompreender uma placa reflexiva afixada ao componente do comutador dederivação.

5. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO". Cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por sensor que monitora oestado de operação de uma garrafa de vácuo de um sistema de proteção deum interruptor de vácuo.

6. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por um sensor que gerainformações indicando uma quantidade de desgaste da garrafa de vácuo.

7. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 6 é caracterizado por determinar a quantidadede desgaste utilizando-se uma válvula da garrafa de vácuo.

8. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por um gerador de sinais desaída que gera pelo menos um comando para abrir ou fechar um contato,sinais de tensão, sinais de corrente, sinais analógicos e sinais digitais.

9. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 1 é caracterizado por adicionalmentecompreender um controlador lógico programável conectado com oconversor e o gerador de sinais de saída.

10. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", caracterizado por umsistema para monitorar o deslocamento de componentes energizados de umcomutador de derivação, compreendendo meios de detecção para detectardeslocamentos dentro de um compartimento energizado de um comutadorde derivação; meios de conversão, em comunicação com os meios dedetecção, para converter a informação recebida dos meios de detecção empelo menos um sinal; e meios de geração de sinais de saída, emcomunicação com os meios de conversão, para gerar informações baseadasnos dados recebidos dos meios de detecção pelos meios de conversão.

11. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por compreender um sensorde fibra óptica como meio de detecção.

12. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por sensor de detecção quemonitora o deslocamento de um componente energizado de um comutadorde derivação.

13. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por adicionalmentecompreender um meio reflexivo afixado ao componente energizado docomutador de derivação para refletir a luz emitida pelo sensor de detecção.

14. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por sensor de detecção quemonitora o estado de operação de uma garrafa de vácuo de um sistema deproteção de um interruptor de vácuo.

15. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 14 é caracterizado por um sensor de detecçãoque gera informações indicando a quantidade de desgaste da garrafa devácuo.

16. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por determinar a quantidadede desgaste utilizando-se uma válvula da garrafa de vácuo.

17. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por um gerador de sinais desaída que gera pelo menos um comando para abrir ou fechar um contato,sinais de tensão, sinais de corrente, sinais analógicos e sinais digitais.

18. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo sistema deacordo com a reivindicação 10 é caracterizado por adicionalmentecompreender um meio controlador lógico programável para comunicarsinais de saída recebidos pelos meios de conversão.

19. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", caracterizado pormétodo para monitorar o deslocamento de componentes energizados de umcomutador de derivação, que utiliza um sensor capaz de operar no interiorde um compartimento energizado de um comutador de derivação; quepossibilita a comunicação entre um sensor e um controlador; que mede asinformações de deslocamento para um componente energizado de umcomutador de derivação; que transmite as informações de deslocamento deum sensor para um controlador; que determina a quantidade dedeslocamento baseado na informação de deslocamento; e que gera um sinalde saída baseado na quantidade de deslocamento determinada.

20. "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAR ODESLOCAMENTO DENTRO DOS COMPARTIMENTOS DOCOMUTADOR DE DERIVAÇÃO ENERGIZADO", cujo método deacordo com a reivindicação 19 é caracterizado por compreender um sensorde fibra óptica.