BRPI0903809A2 - processo e dispositivo para detecção de arco voltaico por radiação ultra-violeta - Google Patents

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DETECçãO DE ARCO VOLTAICO POR RADIAçãO ULTRA-VIOLETA. De acordo com a presente invenção, um sensor especial, com capacidade de detecção à distância, sem contato, de radiação ultra-violeta detectando eventual arco voltaico em equipamentos elétricos de baixa, média ou alta tensão, desligando em tempo ultra-rápido o disjuntor ou contator de alimentação do equipamento sendo protegido, sendo que cada relé de proteção ou concentrador de sinais pode ser ligado a até 100 sensores em rede serial proprietária. Arcos voltaicos geram grande quantidade de radiação ultra-violeta a qual é detectada pelo sensor, já na fase inicial do arco, antes da fase luminosa e de alta expansão de gases, convertida para digital, e transmitida, juntamente com o numero do sensor atuado, por uma rede serial de alta velocidade. Deste modo consegue-se encadear múltiplos sensores, em uma única rede digital. O sistema consegue deste modo substituir com muitas vantagens sensores atualmente utilizados que detectam luz visível, podendo deste modo ser utilizados em ambientes iluminados e até em ambientes externos, sendo mais preciso e muito mais rápidos que os sensores presentemente utilizados em outros sistemas. A detecção de ultra-violeta ao invés de luz visível permite a detecção logo no inicio do arco, antes da fase altamente luminosa e de alta expansão de gases e metais vaporizados, protegendo bens materiais e vidas humanas, pelo rápido desligamento do sistema.

Description

"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DETECÇÃO DE ARCO VOLTAICOPOR RADIAÇÃO ULTRA-VIOLETA".

A presente invenção refere-se a um processo e dispositivos para detecção dearcos voltaicos por detecção de luz no comprimento de onda na faixa de ultra-violeta,com múltiplos sensores ligados em rede serial, em painéis elétricos de alta, media oubaixa tensão, transformadores, subestações de energia e outros. O sistema apresentadoevita que arcos voltaicos, os quais apresentam elevadíssima energia, destruam oequipamento e coloque em risco vidas de operadores, desligando o equipamento emtempo muito curto, antes da fase de expansão ultra-sonica de gases e metaisvaporizados, diminuindo deste modo os riscos e prejuízos materiais.

Atualmente para se detectar arcos voltaicos em equipamentos elétricos seutilizam sensores com detecção em comprimentos de onda no espectro da luz visível, oque representa uma desvantagem clara, pois eventual entrada de luz pode interferir coma proteção e desligar indevidamente o equipamento, alem de impedir o uso em áreasabertas, por exemplo, supervisionando subestações, a luz do dia. Os detectores usadosatualmente são simples células foto-elétricas que enviam um sinal analógico ao relê deproteção ou concentrador de sinais, sendo este sinal mais suscetível a interferenciaseletromagnéticas do que sinais digitais. Os equipamentos existentes atualmente seconectam ao relê de proteção em modo de ligação radial, sendo que cada sensor vailigado a uma única entrada do relê de proteção ou concentrador de sinais, o que eleva anecessidade de cabos longos diminuindo a confiabilidade do sistema e dificultando ainstalação alem de limi tar o número de sensores ligados a um único relé.

O presente processo e dispositivo apresentado realizar detecção de arcos noespectro de comprimento de onda do ultra-violeta, permitindo utilização em ambientesiluminados tanto pela luz artificial como natural, inclusive em áreas externas, desde quenão apontado diretamente para o sol. Como se sabe, arcos elétricos emitem enormesquantidades de ultra-violeta, haja visto que máquinas de soldagem elétrica comeletrodos de arco não podem ser utilizadas sem proteção adequada ao olho humano, sobpena de graves queimaduras por ultra-violeta. A principal inovação no presentedispositivo e processo, é o fato de que os sensores, micro-processados, detectam a luzultravioleta em vez da luz visível, nos comprimentos de onda caracterizados como A, Bou C sendo a gama C de comprimento de onda mais curto que BeA. Outra grandevantagem adicional é que a comunicação entre o sensor e o relê de proteção ouconcentrador de sinais é feita por sinais digitais muito menos suscetíveis a interferenciaseletromagnéticas ou ruídos. Mais uma vantagem inerente a detecção de luz ultravioleta éque os sensores podem detectar o arco já na fase de caminho piloto, ou seja muito antesdo arco produzir luz visível intensa necessária para detecção dos sensores até agorautilizados normalmente. O grande ângulo de detecção, na faixa de 60° a 80° permitemproteger uma grande área ou volume por sensor. Um concentrador ou relê de proteçãocom dispositivo de trip constituído de um SCR ou Tiristor, em paralelo com o contato dorelê de trip proporciona tempos de detecção da ordem de 300 uS (microsegundos) desdeo inicio do arco até a chegada do sinal na bobina de trip do disjuntor de alimentação dovelocidade entre 10 e 50 vezes melhor do que os existentes. Um único relê específico ouconcentrador com dispositivo de trip pode comportar até 100 sensores numa únicaserial, com fios, padrão RS485 ou rede sem fio e ainda integrar outras redes de sensoressimilares para medição de temperatura, umidade e gases.

O processo se baseia no principio de se medir a energia ultravioleta irradiadapelo arco. Cada sensor gera em caso de detecção um sinal de interrupção para o relê,propagado para a rede serial, que ocasiona o trip imediato e posteriormente ao sinal detrip ou desligamento informa no display do dispositivo quais os sensores foram ativadospela detecção do arco. Cada sensor é endereçado por um número exclusivo na rede, oqual é parametrizado conectando-se o mesmo na fase de instalação do sistema, a umcomputador portátil, tipo laptop, com software exclusivo que reconhece o sensor, testa omesmo em tempo real e parametriza o mesmo com dados enviados para sua memórianão volátil.

Na figura 1 pode se observar o sensor (1) com seus módulos principais internos asaber: o detector propriamente dito (2) o qual possui um microprocessador incorporado,o microcontrolador (3) e a interface de tratamento dos sinais digitais (4) a qual possuiduas portas de comunicação, sendo uma delas uma porta Mini USB (5) para ligação comlaptops, para parametrização e testes e uma porta RS485 serial (6) para ligação de até100 sensores em uma mesma rede de uma mesmo relê de detecção ou concentrador desinais.

Na figura 2 pode-se observar a topologia do sensor, tubular, podendo entretantoser construído com outros formatos. Pode-se perceber o corpo metálico (1), a área comrosca e porcas (2) para permitir a fixação em suportes, a cabeça do detector de ultra-violeta (3), o cabo da rede RS485 para ligação em rede dos sensores (4) e a tampa traseiraonde se encontra também o conector mini USB (5).

Na figura 3 pode-se observar o sensor visto pela lado da tampa traseira, onde sepode perceber as seguintes partes: Corpo do sensor (1), parte afunilada frontal a qualaloja o detector de ultra-violetas (2), porta mini USB (3) para ligação a laptop paraparametrização, cabo múltiplo com 4 condutores mais blindagem (5) que recebealimentação e transmite sinais digitais em rede.

Na figura 4 pode-se observar a topologia da rede com fios para múltiplossensores, podendo se observar os corpos dos sensores (1), (5) e (9), com suas partesinternas principais identificadas como sendo os detectores (2) e (6), micro-controladores (3) e 7) e intefaces de sinais (4) e (8), alem da fonte externa de alimentaçãoCC (10) e os dois cabos discretos da rede em porta padrão RS48 5 (11).

Na figura 5 pode-se observar a topologia de aplicação, com um relê digital dosistema, com software especial (1), a rede com cabos múltiplos (2) com dois fios paraalimentação, dois para sinais e uma blindagem, compondo um único cabo comblindagem e os sensores (3), (4), (5) e (6) que na verdade pode ser de 1 a 100 sensoresconectados em um único relé.

Na figura 6, um outro mode de utilização mostra ao invés do relé digital, umconcentrador de sinais (1), mais simples, com display para indicação dos sensores queatuaram (3), botão de reset e outro de paginação (2), bornes de conexão (4) mostrando aentrada de alimentação (6), aba de fixação (5) e sensores (8), (9), (10) e (11).

Na figura 7, pode-se observar o sistema ligado a um relé especial com mais deuma porta serial (1), podendo ser utilizado uma rede com os sensores de arco (2) e outrarede com sensores de temperatura do alvo, umidade e gases (3) todos em uma mesmarede podendo ser utilizados em um mesmo relé até 100 sensores de arco e até 125sensores de outros tipos na Segunda rede por fios ou fibras óticas.

Claims (4)

1. Processo para detecção de arco voltaico em equipamentos elétricos, pordetecção de radiação ultra-violeta, com múltiplos sensores conectados em rede serialdigital, aplicável em proteção de painéis elétricos de baixa e média ou alta tensão,transformadores, cabines primárias, subestações, linhas de transmissão etc,caracterizado pelo fato de:Utilizar um tipo de sensor específico, com leitura de radiações ultra-violeta nasfaixas A, B ou C, com protocolo de comunicação proprietário em rede com porta RS485,ligados diretamente a relês de proteção específicos ou concentrador de sinais comsistema de tripultra-rápido.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de:Utilizar uma técnica de medição sem contato, por radiação ultra-violeta ecomunicação de dados com protocolo que permite múltiplos sensores em uma redeserial.

3.

Dispositivo para medição sem contato composto, conforme figura 1, de corpotubular (1), placa eletrônica interna com componentes SMD, ultra miniaturizados com odetector propriamente dito (2), micro-controlador (3) e interface de sinais (4) a qual secomunica por rede serial (6), contendo também uma porta mini USB (5) paraparametrização, caracterizado pelo fato de:Utilizando um sensor especial calibrado, para medição sem contato, à distância,através de radiação ultra-violeta de eventual arco voltaico que ocorra em equipamentoselétrico, transmitindo estes dados pela rede com cabos utilizando-se de protocoloproprietário.