REGISTRADOR DE FALTAS MOMENTÂNEAS EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

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(1) LACTEC – Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento(2) PUCPR – Pontifícia Universidade Católica do Paraná

Palavras Chaves

Faltas momentâneas, Sensor, Detector de tom, EPLD.

Abstract

The main purpose of this article is to present a new solution for fault location in distirbution rurallines , where lines of low tension don't exist (220/127V), to feed the equipments.In general remote fault sensors uses transmitters to send the information to a control headquartersand they need feeding in low tension for their operation.Momentary faults in your majority are not detected in the substation of distribution of energy. Using afault location system that works in stand alone, we implemented a circuit that allows to identify and tostore momentary faults.

Resumo

O propósito deste artigo é apresentar uma solução para localização de faltas em linhas dedistribuição rural, onde não existem linhas de baixa tensão (220/127V), para alimentar osequipamentos.Em geral sistemas locali zadores de faltas utili zam transmissores para enviar as informações a umacentral de controle e necessitam de alimentação em baixa tensão para seu funcionamento.Faltas momentâneas na sua maioria não são detectadas nas substações de distribuição de energia.Utilizado um locali zador de faltas que funciona em modo stand alone, implementamos um circuitoque permite identificar e armazenar faltas do tipo momentânea.

1. INTRODUÇÃO

Em redes elétricas ocorrem faltas devido a curto-circuitos ou sobrecargas. Estas faltas sãoclassificadas como, momentânea, temporária e permanente. A falta momentânea é aquela que ocorre num curtoespaço de tempo, em geral um décimo de um semiciclo da freqüência da rede, onde o religador de umasubestação não chega a ser acionado. Um exemplo é um galho batendo no cabo da rede, ou dois cabos chocando-se. Este tipo de falta, a temporária, é a causadora do maior número de defeitos em equipamentos comerciais,industriais e domésticos, pois resulta nos chamados impulsos na rede, que chegam a valores em torno de 800V,na baixa tensão, e são conhecidos como “spikes” . Uma falta momentânea por sua vez, é aquela em que o mesmofenômeno ocorre em um período de maior duração, porém, o religador na subestação controla para que nãohajam maiores efeitos sobre a linha de distribuição. Já uma falta permanente é, aquela que o religador nasubestação detecta o curto-circuito franco e inibe a religação. Neste caso, como no anterior, grupos demanutenção são acionados, já no caso de faltas momentâneas, nem sempre é feito uma manutenção corretiva pornão haverem dados que confirmem este evento, a não ser por relatos de consumidores.

Atualmente no mercado de distribuição de energia elétrica existem equipamentos que detectam os trêstipos de faltas para linhas urbanas. Possuem sensores, unidades de tratamento de dados e meio de transmissãoeficiente para a monitoração desta linhas. Por outro lado, existem equipamentos para locali zação local, onde ooperador dever ir até o ponto e verificar se houve ou não uma falta. Em geral as faltas momentâneas são

detectadas, porém não registradas. Já as faltas temporárias ou permanentes são registradas temporariamente,ficando armazenada em torno de seis horas, tempo suficiente para a chegada de uma equipe de manutenção.2. DESENVOLVIMENTO

O desenvolvimento do circuito registrador utilizou um equipamento já existente comercialmente,sendo que este possui sensores de tensão e corrente, lógicas de intertravamento para que permite sinalizar os trêstipos de faltas, e como todo o equipamento de monitoração local, possui um sinalizador luminoso para indicarestes tipos de ocorrência. A informação gerada pelo sinalizador luminoso para os três tipos de faltas ocorrem daseguinte forma. Três piscadas para falta momentânea, em caso de falta temporária, ele piscará durante os trêsintervalos de atuação do religador, que em geral são 5s, 5s e 20s, e para falta permanente ele piscará durante seishoras.

Usando EPLD, implementamos o circuito registrador e contador/sinalizador de eventos utilizando ostempos de religadores de subestações que são usados pelas principais concessionários de energia elétrica. Estestempos como veremos adiante podem ser alterados de acordo com o modo de operação da concessionária.

Para recuperar a informação, um acionador remoto, utilizando um feixe de raio laser modulado emfreqüência, foi desenvolvido. Dessa forma ao acionar o controle remoto no modo de operação 1, pode-se ler onúmero de faltas momentâneas. Acionando-se no modo de operação 2, limpa-se os registradores do circuito,habil itando-o para uma nova contagem de eventos.

O circuito registrador de faltas momentâneas é composto basicamente de quatro blocos, que são,armazenador de eventos, comparador, contador e detector de tom, como mostra a figura 1.

Figura 1 – diagrama em blocos do registrador de faltas momentâneas

Armazenador : Este circuito registra a ocorrência do evento, assim que o equipamento Localizador de Faltassinaliza. Ao ocorrer a primeira sinalização de faltas o circuito armazenador registra uma falta. Ao registrar estafalta, ele conta um tempo de 5 segundos. Este tempo corresponde a uma falta momentânea, e caso este tempotermine e a sinalização de falta persista, passando para uma falta temporária ou permanente, o blocoarmazenador ignora esta contagem voltando para o valor anteriormente armazenado.

Comparador : O bloco comparador, guarda o número de faltas em um conjunto de registradores, que ao seracionado, mostra através do sinalizador o número de faltas momentâneas ocorridas.

Detector de Tom: É utilizado para verificar o número de faltas momentâneas ocorridas ou limpeza dosregistradores do bloco comparador. Ao ser acionado através do controle remoto em Modo1, o bloco contador

inicia sua contagem de eventos, enviando-os ao comparador. Ao se igualarem os valores contador/armazenador,o sinalizador para, gerando o valor final das faltas ocorridas. Se o controle remoto for acionado novamente, aoperação se repetirá. Para limpar os registradores, para o armazenamento de novos eventos após a leitura noRegistrador de Faltas, basta acionar o controle remoto no Modo 2.

O funcionamento do circuito de recepção de comando remoto é mostrado no diagrama em blocos dafigura 2. Ao receber o sinal do controle remoto, a seleção do sinal é feita através do Dettom 2kHz e o Dettom4kHz. Se o sinal de entrada corresponder a uma freqüência de 2kHz é gerada um sinal em nível alto e outra emnível baixo como podemos observar na figura 2 (sinal ①), que ao passar pelo comparador o sinal que está emnível “0” é invertido, fazendo com que a saída F1-E, envie um sinal para habilitar a opção “ leitura” . Se o sinal deentrada corresponder a uma freqüência de 4kHz as dois sinais gerados estarão em nível alto como podemosobservar na figura 2 (onda ②), que ao passar pelo comparador, faz a saída F1-R enviar um sinal que habil ita aopção “ limpar memória” .

SINALENTRADA

Sensor ótico

VCC

CI4049

DETTOM4K HZ

DETTOM2K HZ F2-R

F1-E

EPLD

COMPARADOR

②①2KHZ

4KHZ

CONTROLEREMOTO

Figura 2 – diagrama em blocos do circuito controle remoto

Controle Remoto: O controle remoto é baseado em um gerador de onda quadrada, constituído por um circuitooscilador , fonte de alimentação e emissor laser. Este circuito gera duas freqüências de saída. Ao pressionar-se obotão A é gerada a primeira freqüência (2kHz – Modo1) e ao pressionar-se os botões A e B simultaneamente amesma é dobrada (4kHz – Modo2). A fonte de alimentação do circuito util iza uma bateria de 9 Volts

A

B &

FREQUÊNCIA2KH Z

FREQUÊNCIA4KH Z

EMISSORLASER

Figura 3 – controle remoto acionador

O conjunto locali zador de faltas é instalado como mostra a figura 4, e como o seu encapsulamento é em acrílico,o acionamento via controle remoto não obrigatoriamente necessita que o feixe laser esteja centrado sobre osensor receptor. Sua bateria de lítio, dispensa recarga, devendo ser substituído à cada três anos

REGISTRADOR DE FALTASMOMENTÂNEAS ACLOPADO AO

SENSOR

CONTROLEREMOTO

Figura 4 – conjunto localizador de faltas e controle remoto

3. RESULT ADOS OBTIDOS

A figura 5 mostra o circuito registrador desenvolvido com a respectiva EPLD, já acoplado ao circuitoprincipal, na figura 6, temos o circuito completo e o controle remoto para a aquisição das informações. A figura7 mostra o localizador de faltas e registrador encapsulados.

O circuito funcionou como esperado. O único porém, neste caso, é o elevado consumo da EPLD, emtorno de 40mA, o que reduz sensivelmente a vida útil da bateria da bateria de Lítio. Dessa maneira para que sejamantido o baixo consumo do conjunto, o circuito será implementado em um ASIC.

figura 5 – circuito registrador de faltas momentâneas

figura 6 – controle remoto e circuito registrador

Figura 7 – vista do equipamento encapsulado

4. CONCLUSÕES

O produto obtido mostrou-se ser eficiente, principalmente na utilização em linhas rurais, onde amonitoração continua gera altos custos. Neste caso o Localizador de Faltas com Registrador permite oarmazenamento das faltas. Os dados coletados são compilados, permitindo a verificação de pontos de maiorincidência de faltas momentâneas, permitindo ser efetuado manutenções preventivas nas linhas de distribuição.

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