DATABLUETRAFO:AQUISIÇÃO EPERSISTÊNCIADE DADOS ELÉTRICOSE TÉRMICOSDE TRANSFORMADORES UTILIZANDO COMUNICAÇÃO BLUETOOTH

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTODE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO FINAL DE CURSO DATABLUETRAFO:AQUISIÇÃO EPERSISTÊNCIADE DADOS ELÉTRICOSE TÉRMICOSDE TRANSFORMADORES UTILIZANDO COMUNICAÇÃO BLUETOOTH Reginaldo Silvados Anjos FORTALEZA 2010

2 ii REGINALDO SILVA DOS ANJOS DATABLUETRAFO:AQUISIÇÃO EPERSISTÊNCIADE DADOS ELÉTRICOSETÉRMICOSDE TRANSFORMADORES UTILIZANDO COMUNICAÇÃO BLUETOOTH Monografia apresentada junto ao Curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Ceará, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Otacílioda MotaAlmeida,Dr. FORTALEZA 2010

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4 iv DEDICATÓRIA Este trabalhoacadêmico é dedicadoadeuseaminha querida, amorosa,generosaecompanheira família: AurinoeMariaRita,meus queridoseamorosospais; Rejanee Aurélio,meus irmãosgenerosose companheiros.estessim,sempreno amparo,noapoioenoincentivoparao alcancedosobjetivospessoaise profissionaisalmejados. Nãodistante doambientefamiliar,hellem, aquelaque gera amoreinspiraos meusmelhores pensamentos, atravésdosseus olhoscorde mel edoseu sorriso simpático. Dedicotambém atodososamigos (as) ecompanheiros (as) queparticiparam eproporcionaram a realizaçãodeste momentoplenoe inigualávelde conhecimento.

5 v AGRADECIMENTOS Agradeço adeus pela oportunidade da vida epor todas as bênçãos eglórias recebidas duranteaminha existência. Agradecimentos aos meus pais, Aurino emaria Rita, pela afeição, pelo sustento, pela educação, pela paciência, pelos incentivos aos estudos e, principalmente, pelo amor ecarinho que me ofereceram, me oferecem esempre continuarão ame oferecer. Aminha gratidão eterna aosmeuspais,que meensinaram atrilhar oscaminhos mais compensativosda vida. Ao meu irmão, Aurélio, responsável pelo incondicional companheirismo fraternal de irmão mais velho, sapiente eíntegro, sempre me ensinando os erros eacertos da vida, de forma correta ecordial. A minha irmã, Rejane, aquela que, de forma meiga e dedicada, sempre me proporcionouocompanheirismo eobem-estar.devomuito,ati,minha irmã. A minha namorada, Monicke Hellem, que sempre me transmitiu amor, confiança, consolo,perseverança eincentivoaolongodeste períododarealizaçãodo estudo. Ao Prof. Dr. Otacílio da Mota Almeida, pela transmissão de conhecimentos, pela atenção ecompreensão que sempre prestou durante os aconselhamentos nos períodos de sala de aula edarealizaçãodeste trabalhoacadêmico. Atodos os professores, amigos (as) ecolegas (as) que participaramda realização deste trabalho acadêmico, proporcionando recursos esubsídios teóricos, práticos eavaliativos para acomposição deste estudo. Em especial, aos amigos de sala de aula Luiz Fellipe emaurício Harley, bem como aos companheiros participantes deste trabalho Otávio Viana, Paulo Roberto, FranciscoAldinei, Kathiane Queiroz,Sérgio Lima,ZairtonPeixoto ejosé Robério. Ao Grupo de Pesquisa em Automação erobótica GPAR, pela oportunidade de utilização da infra-estrutura física e dos equipamentos computacionais instalados para a realizaçãodasimplementaçõesedos testes experimentaisrelacionados. Ao Departamento de Engenharia Elétrica DEE/UFC, pelas coerentes organizações pedagógicas eacadêmicasdoreferido curso, contribuindodeforma direta naformaçãobásica, científica etecnológica dosgraduandos docurso. À instituição acadêmica UFC, que proporcionou, desde o início, as condições satisfatórias para a realização deste trabalho e, conseqüentemente, para os meus enriquecimentospessoaiseprofissionais. À EletrobrasAmazonas Energia eàastef/ufc, pelascontribuições técnicasepelos incentivosfinanceirosnecessários à realização destetrabalhoeaodesenvolvimentocientífico.

6 vi Bem-aventuradososqueabsorvem conhecimentos generalizados,adequando-se ao aprendizado davida eagregando interessantesvaloresasuasabedoria. ReginaldoSilva

7 vii Anjos, R. S. dos. DATABLUETRAFO: Aquisição e Persistência de Dados Elétricos e Térmicos de Transformadores Utilizando Comunicação Bluetooth Ceará UFC,2010, 95p. Esta monografia apresenta odetalhamento sobre um sistema bluetooth de aquisição de dados elétricos etérmicos persistentes para diagnóstico de carregamento em transformadores de distribuição. Trata-se de um sistema de monitoramento remoto de transformadores de distribuição, através dos Módulos DataLogger, Mobile e Desktop, utilizando-se atecnologia decomunicação digital semfio bluetooth eadepersistênciadedadosdatecnologiajava.a utilização do sistema ocorre pela realização das medições acerca dos valores dos parâmetros elétricos relacionados com as correntes e as tensões, bem como acerca dos parâmetros térmicos relacionados com as temperaturasdo óleo no topo ena base do transformador. Após amedição, os respectivos dados sãotransferidos para uma aplicação servidora earmazenados numa base de dados. Através do sistema proposto, objetiva-se dispor, em uma base de dados estruturada, as informações de medições dos parâmetros elétricos e térmicos colhidas mediante omonitoramento de transformadores de distribuição, para eventuais consultas e processamentos. Estes processamentos estão relacionados com aaplicação de métodos para detecção eprediçãodascondiçõestérmicasdeoperaçãodetransformadores imersosem óleo. Palavras-Chave: Bluetooth, DataLogger, Desktop, Mobile, Sistema de aquisição de dados, Transformadoresde distribuição.

8 viii Anjos, R. S. dos. DATABLUETRAFO: Persistence and Data Acquisition Electrical and Thermal Transformers Using Bluetooth Communication UFC,2010,95p. Thismonograph presentsthedetailingabout apersistence and Data AcquisitionElectricaland Thermal Transformers Using Bluetooth Communication. This is aremote monitoring system of distribution transformers, through the DataLogger, Mobile and Desktop Modules using the Bluetooth wireless digital communication technology and technology. The use of the system takes place by taking measurements on the values of electrical parameters related to the currents and voltages, as well as about the parameters associated with thermal oil temperatures at the top and bottom of the transformer. After measuring, the relevant data are transferred to an application server and stored in a database.through the proposed system, the objective is to provide, in astructured database, theinformationfrom measurementsof electrical parametersandthermalcollectedthrough the monitoring of distribution transformers, for future reference and processing. These processes are related to the application of methods for detection and prediction of thethermalconditions in aoperationofoil immersedtransformers. Keywords: Bluetooth, DataLogger, Desktop, Mobile, Data Acquisition System, Distribution transformers.

9 ix SUMÁRIO LISTA DEFIGURAS...xii LISTA DETABELAS...xv LISTA DEQUADROS...xvi LISTA DEABREVIATURAS ESIGLAS...xvii CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO PROBLEMÁTICA EJUSTIFICATIVA OBJETIVOS ORGANIZAÇÃO DOTRABALHO...6 CAPÍTULO 2 O MONITORAMENTO EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO UMA VISÃO GERAL PANORAMA ATUAL CONCEITOS RELACIONADOS CONFIGURAÇÕES E TÉCNICAS ATUAIS AETAPA DE MEDIÇÃO EAQUISIÇÃO DE DADOS AETAPA DE TRANSMISSÃO DE DADOS AETAPA DE ARMAZENAMENTO/PROCESSAMENTO DOSDADOS AETAPA DEDISPONIBILIZAÇÃO DAS INFORMAÇÕES CONCLUSÕESPARCIAIS...13 CAPÍTULO 3 ACOMPOSIÇÃODOSISTEMA PROPOSTO DETALHESDOS MÓDULOS DESCRIÇÃO GERALEAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS OMÓDULO DATALOGGER SENSORES CIRCUITO CONDICIONADORDE SINAIS DISPOSITIVOMICROCONTROLADOR BANCO DE MEMÓRIAS EEPROM ADAPTADORSERIAL BLUETOOTH OMÓDULO MOBILE...20

10 x FUNCIONALIDADES RECURSOS,TECNOLOGIAS EAPIs UTILIZADOS OMÓDULO DESKTOP FUNCIONALIDADES RECURSOS,TECNOLOGIAS EAPIs UTILIZADOS CONCLUSÕES PARCIAIS...25 CAPÍTULO 4 DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA PROPOSTO INTERAÇÃO DATALOGGER-MOBILE INTERAÇÃO MOBILE-DESKTOP CONCLUSÕES PARCIAIS...38 CAPÍTULO 5 METODOLOGIADOS TESTESERESULTADOS OBTIDOS METODOLOGIA APLICADA INTERAÇÃO DATALOGGER-MOBILE BASEAMOSTRAL RECURSOS UTILIZADOS FORMADE APLICAÇÃO DO TESTE EXPOSIÇÃO DOS RESULTADOS ANÁLISEDOS RESULTADOS METODOLOGIA APLICADA INTERAÇÃO MOBILE-DESKTOP BASEAMOSTRAL RECURSOS UTILIZADOS FORMADE APLICAÇÃO DO TESTE EXPOSIÇÃO DOS RESULTADOS ANÁLISEDOS RESULTADOS CONCLUSÕES PARCIAIS...47 CAPÍTULO 6 CONCLUSÃO CONTRIBUIÇÕES DISCUSSÕES GERAIS ECONCLUSÕES SUGESTÕESPARA TRABALHOSFUTUROS...49 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...52 BIBLIOGRAFIA...60 APÊNDICES...63

11 xi APÊNDICE A A LINGUAGEM JAVA TM...64 APÊNDICE B APLATAFORMA JAVA TM ME...66 APÊNDICE C OPROTOCOLO MODBUS EAAPIJAMOD...71 APÊNDICE D OAMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO NETBEANS IDE...76 APÊNDICE E-APLATAFORMA JAVA TM SE...79 APÊNDICE F A TECNOLOGIA JAVA TM DB, A API APACHE DERBY E O FRAMEWORK HIBERNATE...81 APÊNDICE G AS APIsADICIONAIS BLUECOVE EJAMOD...83 APÊNDICE H OADAPTADOR USBBLUETOOTH...85 ANEXOS...87 ANEXO A DETALHES CONSTRUTIVOS, ESQUEMÁTICOS E LAYOUT UTILIZADOSNO MÓDULO DATALOGGER...88

12 xii LISTA DEFIGURAS Figura1.1-Estrutura básica de umsep eosrelacionamentosentreosseusagentes.adaptado de (ANEEL,2008)...1 Figura1.2-Estrutura básica de um subsistema de distribuição.adaptadode(alcântara, 2009)...2 Figura1.3- Esquema básico deumsistema elétricoeos diversos equipamentos transformadores...4 Figura2.1- Estrutura típicade um sistemademonitoramentodetransformadoresde distribuição...9 Figura3.1 Organizaçãofuncional dosmódulosconstituintesdo sistemaproposto...14 Figura3.2 Composição do Módulo DataLogger emdiagrama deblocos funcionais...15 Figura3.3 Detalhesconstrutivosdo sensor ATVR 120 D420L. Adaptadode (LEM COMPONENTS,2005)...16 Figura3.4 Detalhesconstrutivosdo sensor APB420L.Adaptadode(LEM COMPONENTS,2005)...17 Figura3.5 Detalhesconstrutivosdo TP 100.Adaptadode (INSTRUTHERM, 2010)...17 Figura3.6 Detalhesdomicrocontrolador dspic30f3014.adaptadode(microchip TECHNOLOGY INC.,2008)...18 Figura3.7 Detalhesdamemória EEPROM24LC512.Adaptadode(MICROCHIP TECHNOLOGY INC.,2010)...19 Figura3.8 Detalhesdoadaptador serial Bluetootheb301.Adaptadode (A7 ENGINEERING INC.,2006)...20 Figura3.9 Módulo Mobile do sistemaproposto...21 Figura3.10 Smartphone Nokia5530. Adaptado de (NOKIA,2010)...22 Figura3.11 Módulo Desktop dosistemaproposto...23 Figura3.12 Computador Notebook eadaptador USB bluetooth...24 Figura4.1 Arquivo.jar da aplicaçãoquerepresenta o Módulo Mobile...26 Figura4.2 Inicialização domódulo Mobile,através da execuçãodaaplicação mobile...27 Figura4.3 Telapara escolhadaopçãodesejada...27 Figura4.4 Telademensagemaousuárioetela com alistadosdispositivos encontrados..28

13 xiii Figura4.5 Teladetransferência de dadosexibindoacarga gradual na aplicação mobile...28 Figura4.6 Telade confirmação de finalizaçãoda transferência de dados...29 Figura4.7 Telapara escolhadaopçãodesejada...30 Figura4.8 Telade aguardo dedescoberta dedispositivos bluetooth...30 Figura4.9 Arquivo.jar da aplicaçãoque representaomódulo Desktop...31 Figura4.10 Telainicialda aplicação desktop...31 Figura4.11 Mudança de estadoda conexão na aplicação desktop...32 Figura4.12 Telacom alista dosdispositivos encontrados...32 Figura4.13 Telade transferência de dados com adescargagradualna aplicação Mobile..33 Figura4.14 Teladaaplicação desktop aoreceberatransferênciadedados bluetooth...33 Figura4.15 Telapara confirmaçãodeexclusão dosregistrosdedados...34 Figura4.16 Telade confirmaçãode finalizaçãodatransferênciadedados Bluetooth,na aplicação mobile...34 Figura4.17 Teladeconfirmação definalizaçãodatransferênciadedados Bluetooth,na aplicação desktop...35 Figura4.18 Teladetransferência dedados bluetooth,contendoodesencapsulamentodos dados...36 Figura4.19 Teladevisualizaçãodosdadosconvertidos...36 Figura4.20 Teladedescartedosdadosnaaplicação desktop...37 Figura4.21 Telaexibindoagravaçãodosdados daaplicação desktop...37 Figura4.22 Tela de consulta SQLexibindoos dadosda respectivabase dedados da aplicação desktop...38 Figura5.1 Utilização dafontecc regulávelno Módulo DataLogger...41 Figura5.2 Kit de gravaçãoedebug ICD2 BR utilizadonomódulo DataLogger...42 Figura5.3 Ambiente completode testedo Módulo DataLogger...42 Figura5.4 Valores iniciaisdasvariáveis analisadascomomplabide...43 Figura5.5 Valores iniciaisdasvariáveis analisadascomomplabide...43 Figura5.6 Detalhesdeexecuçãoda aplicação ClienteMobile.jar no Módulo Mobile...45 Figura5.7 Detalhesdeexecuçãoda aplicação AEServidorPC.jar no Módulo Desktop...46 FiguraA.1.Adaptado de (ORACLE CORPORATION, 2010f) FiguraB.1 Camadasda arquiteturadaplataform 2010d)....67

14 xiv FiguraB.2 Ambiente dedesenvolvimento dokitjava ME SDK FiguraC.1 Pilhadecomunicação Modbus.Adaptadode (MODBUSORGANIZATION INC.,2006)...72 FiguraC.2 Frames PDU eadu doprotocolo Modbus.Adaptadode(MODBUS ORGANIZATION INC., 2006)...73 FiguraC.3 Formatosdos frames utilizados na função 03doprotocolo Modbus.Adaptadode (MODBUS ORGANIZATION INC., 2006)...74 FiguraC.4 Formatosdos frames utilizados na função 10doprotocolo Modbus.Adaptadode (MODBUS ORGANIZATION INC., 2006)...74 FiguraD.1 Exemplo doambiente NetBeans IDE eoprojetoda aplicação mobile do sistema proposto...78 Figura E.1 Tecnologias da plataforma JavaTMSE.Adaptadode (ORACLE CORPORATION, 2010e)...80 FiguraF.1 Criaçãoda base de dados bd_aeservidorpc...83 FiguraF.2 Criaçãoda tabela tb_leitura...84 FiguraF.3 Criaçãoda tabela tb_trafo...84 FiguraF.4 Criaçãoda tabela tb_poste...85 FiguraF.5 Estrutura da base dedados bd_aeservidorpc...85 FiguraH.1 Adaptador USB Bluetooth WD-BD FiguraAA.1 Esquema eletrônicodocircuitocondicionador de sinais...89 FiguraAA.2 Esquemático da placa condicionadora de sinais...90 FiguraAA.3 Layout da placacondicionadora de sinais...91 FiguraAA.4 Detalhesconstrutivos do microcontrolador dspic30f3014.adaptadode (MICROCHIP TECHNOLOGY INC.,2008)...92 FiguraAA.5 Esquemático do microcontrolador dspic30f FiguraAA.6 Esquemático doarranjodobancode memórias EEPROM24LC FiguraAA.7 Detalhesdoadaptadorserial bluetooth eb301.adaptadode(a7 ENGINEERING INC.,2006)...94 FiguraAA.8 Layout geraldaplacamicrocontrolada utilizada nomódulo DataLogger...95

15 xv LISTA DE TABELAS Tabela C.1 TabelaH.1 TabelaH.2 Códigos das funções do protocolo Modbus. (MODBUS ORGANIZATION INC.,2006)...73 Perfis bluetooth.adaptado de(bluetoothsig. INC.,2010a)...86 Protocolos bluetooth.adaptadode(bluetoothsig.inc., 2010a)...87

16 xvi LISTA DE QUADROS Quadro 3.1 Resumo dos recursos utilizados na implementação do Módulo Mobile...22 Quadro 3.2 Resumo dos recursos utilizados na implementação do Módulo Desktop...24

17 xvii LISTA DEABREVIATURASESIGLAS A/D Analógico/Digital AC AlternatingCurrent ADU - ApplicationData Unit API Application ProgrammingInterface APIRMS API RecordManagement System ASCII AmericanStandardCodefor InformationInterchange ASTEF AssociaçãoTécnico-Científica Engº. Paulode Frontin BD-J -Blu-rayDisc Java CDC Connected Device Configuration CLDC ConnectedLimitedDevice Configuration CLP ControladorLógicoProgramável CMOS Complementary Metal-Oxide- Semiconductor CPU -CentralProcessing Unit CR/LF - Carriage Return/Linefeed DC DurectingCurrent DEE Departamento de Engenharia Elétrica DNP DistributedNetwork Protocol dspic Digital Signals Peripherical Interface Controller DUN Dial-up NetworkingProfile EDR EnhancedData Rate EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory EIA ElectronicIndustriesAlliance EPE Empresade PesquisaEnergética FIFO First In First Ou FP - Foundation Profile GAP Generic AccessProfile GOEP Generic OBject EXchangeProfile GPAR Grupode Pesquisaem Automação erobótica GPRS General Packet RadioService GSM Global SystemforMobile comm. Hz Hertz I²C Inter-IntergratedCircuit ID Identification IDE IntegratedDevelopment Environment IEC - International Electrotechnical Commission IEEE InstituteofElectrical andelectronic Engineers IMP -InformationModule Profile IP InternetProtocol IrDA Infrared Data Association JAVA EE -Java TM Platform,Micro Edition JAVA ME -Java TM Platform,Micro Edition JAVASE -Java TM Platform,Standard Edition JDBC -Java TM Database Connectivity JDK -Java TM DevelopmentKit JRE -Java TM SE RuntimeEnvironment JSR Java TM SpecificationRequest JVM -Java TM Virtual Machine

18 xvi KVM Kilobyte Virtual Machine L2CAP LogicalLink Controland Adaptation Protocol LWUIT Lightweight User Interface Toolkit MIDP -Mobile InformationDeviceProfile MIPS Millionsof Instructions PerSecond OBEX OBjectEXchange ONS OperadorNacional dosistema Elétrico OSI OpenSystemsInterconnection P&D PesquisaeDesenvolvimento PBP -Personal BasisProfile PDA Personal Digital Assistant PDAP PDA Profile PDIP PlasticDualin-Line Package PDU - Protocol DataUnit POJO PlainOldJavaObjects PP - Personal Profile PWM PulseWidthModulation RDBMS RelationalDatabase ManagementSystem RFCOMM Radio Frequency Communication RMS RootMeanSquare ROM Programmable Read-Only Memory RS-232 RecommendedStandard232 RTU RemoteTerminal Unit SDCARD SDK SDP SEP SGBD SIN SPP SQL Secure DigitalMemoryCard Software Development Kit Service Discovery Protocol SistemaElétrico de Potência Sistemade Gerenciamento de BancodeDados SistemainterligadoNacional Serial Port Profile StructuredQuery Language SRAM Static Random AccessMemory TCP TIA UART USB TransmissionControlProtocol Telecommunications Industry Association Universal Asynchronous Receiver/Transmitter UniversalSerial Bus VM VirtualMachine VMD - Visual Mobile Designer WEB WiFi WiMAX World Wide Web WirelessFidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access

19 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1MOTIVAÇÃO Osetor energético tem tido relevante importância na sustentabilidade eno crescimento da sociedade. De forma direta, seja para promover a elevação e a sustentabilidade da qualidade de vida da população ou até mesmo utilizado como ferramenta auxiliar para garantir acompetitividade eoprogresso econômico dos países frente aos mercados globais, observa-se anecessidade dependente da sociedade moderna pelo fornecimento de energia elétrica eusufruto dosseusrecursosenergéticos, emsua variedade de formas. Aenergia elétrica necessária paraoprovimento eoabastecimento da demanda emgeral da sociedade, inicialmente, nãose encontra na forma mais adequada para ouso final. Tal parcelaenergética é obtida mediante osprocessosdegeração, é alterada etransportada através dos processos de transmissão erepassada aos consumidores por intermédio dos processos de distribuição. Os subsistemas de geração, de transmissão ede distribuição compreendidos em áreas geográficas extensas compõem um SEP 1. Através de um SEP, objetiva-se realizar os procedimentos de geração, transmissão ede distribuição de energia elétrica atendendo-se a níveis satisfatórios de confiabilidade, de disponibilidade, de qualidade, de segurança ede custos, reduzindo-se os impactos ambientais esociais, bem como aumentando-se ograu de segurança pessoal(leão, 2010). AFigura 1.1 ilustra aestrutura básica de um SEP eos relacionamentos entre os agentes do setor elétrico, inclusive comosconsumidoresfinais (ANEEL,2008). Figura 1.1-Estrutura básica de um SEP e os relacionamentos entre os seus agentes. Adaptado de 1 SEP:Sistema Elétrico de Potência(LEÃO, 2010). (ANEEL, 2008).

20 2 Aetapa inicial emumsep é realizada pelasvárias unidadesque compõemosubsistema gerador. Trata-se de usinas geradoras de médio ede grande porte que utilizam uma matriz energética diversificada para aobtenção daenergia elétrica. No Brasil, até oterceiro trimestre de 2010, havia umtotalde 2301 empreendimentos de geração em operação, gerando kw de potência (ANEEL, 2010a). Hátambém a previsão para os próximos anos da adição de kw à capacidade de geração nacional, mediante os129 empreendimentosemconstrução eos 494 recentementeoutorgados (ANEEL, 2010a). Aetapa intermediária emum SEP equivale às ações realizadas nossubsistemasde transmissão, responsáveis pela implantação eoperação dasredes transmissorasque interligam ossubsistemasde geração aos subsistemas de distribuição,transportando consideráveis blocos de energia elétrica. Segundo dados de 2009, aextensão das linhas de transmissão nacionais que compõemosin 2 erade ,90 km, comaprevisão de instalaçãode mais7.517,83 km (ONS,2009). A última etapa emumsep refere-se àsaçõesdossubsistemasde distribuição, osquais repassam o suprimento de energia elétrica provindo dos subsistemas de transmissão e subestações às unidades consumidoras finais. Atualmente, o mercado de distribuição de energia elétrica é formado por 63 concessionárias que atendem aproximadamente 64,7 milhõesde unidadesconsumidoras (ANEEL, 2009). Os subsistemas de distribuição de energia elétrica são bastante complexos. Tais subsistemas sãocompostos por milhares de equipamentos de potência, tais como postes, fios, caboselétricosetransformadores,todosinterligadosao longo dasvastas áreas do território de cobertura da rede elétrica. AFigura 1.2 ilustra aestrutura básica de um subsistema de distribuição eosprincipais equipamentosutilizados. Figura 1.2-Estrutura básica de umsubsistema de distribuição. Adaptado de (ALCÂNTARA, 2009). 2 SIN: Sistema InterligadoNacional.(ANEEL,2010b).

21 3 1.2PROBLEMÁTICA EJUSTIFICATIVA Emrelação àsperspectivasexpansionistas dosetorelétrico, estima-se queoconsumodo setor residencial deverá ter um crescimento de aproximadamente 34,54% em 12 anos, partindo da quantidade de 55 milhõesde unidades consumidoras em2007 até cercade74 milhõesde unidadesconsumidoras em2019(epe, 2010). Há ainda aprojeção da capacidade instalada do SIN, estimando-se um aumento de aproximadamente 61,27%, mediante o acréscimo de MW de potência aos atuais MW esperados até ofinal deste ano de 2010 (EPE,2010). Diante das consideráveis estimativas de crescimento na demanda de consumo de energia elétrica, bem como pela expansão da capacidade instalada, sãoobservados, também, consequentes reflexosdeexpansõesdossubsistemasdetransmissão e,principalmente, dosde distribuição do sistema elétrico nacional. Nota-se que os subsistemas de distribuição se tornaram consideravelmente complexos, através do aumento da capilaridade das redes elétricas. Uma vez que os subsistemas de distribuição representam os circuitos terminais de fornecimento de energia elétrica eque as concessionárias distribuidoras devem procurar suprir tal fornecimento aos consumidores de forma confiável, sustentável ecom qualidade, observa-se relativa importância em prestar atençõestécnicasespeciais nasatividadesrelacionadasneste setordo sistema elétrico. Mediante as necessidades operacionais técnicas, bem como do contexto de competitividade mundial, oatualcenário dos mercadosde energia tem guiado as empresas do setor abuscarem constantemente melhores níveis de eficiência, de qualidade ede menores custos relacionados com ofornecimento de energia elétrica (ALVES; VASCONCELLOS, 2009). Quantitativamente, recentes estudos de especialistas do setor elétrico estimam que até 2013 sejam investidos mais de R$4 bilhões emenergiaelétrica, distribuídospara melhoriasdo desempenho, da integração e da automatização dosistema(portalig, 2010). Tal contexto de necessidades operacionais ede amplos investimentos no setor tem proporcionado alterações nos perfis das atividades técnicas praticadas. Ações com ênfase na manutençãopreditivajáindicamsobreposição àsdemanutenção preventiva, umavezqueas ações de manutenção preditivas podem ser aplicadas para indicarem os níveis de desgaste e do processo dedegradação das máquinas utilizando-sebase dedados das condições reais de funcionamento dasmesmas. Dessa forma, podem-sediminuir oscustoscomeventuaisreparos eaumentaronívelde credibilidade do serviço oferecido (PRADO FILHO,2010).

22 4 Dentre os equipamentos componentes do sistema de energia elétrica, destacam-se os transformadores,osquaistêmrelevância significativa no referido sistema. AFigura 1.3ilustra oesquema básico de umsep contendo asunidadestransformadorasnarede. Figura 1.3 Esquema básicode umsistema elétricoeosdiversasequipamentos transformadores. Tais equipamentos transformadores são essenciais ao funcionamento das redes de transmissão ede subestação, representando, geralmente, os maiores ativos, em quantidade de equipamentos,nos sistemas de subestaçõesde distribuição. Os transformadores de distribuição desempenham funções eefeitos nos estágios finais da etapa de disponibilização da energia elétrica ao consumidor, sendo encontrados em grande quantidade ao longo da rede de distribuição. Os transformadores de distribuição, numericamente, representamaproximadamente 2,3 milhõesde unidadesdispostasao longo da área de cobertura do sistema elétrico nacional (RÊGO; SOUZA; PONIK; LOPES; CAMERGO, 2009). Vários especialistasdo setor afirmamque,para que acontinuidade eaconfiabilidade do sistema de fornecimento de energia elétrica sejam complementadas, aqualidaderequerida dos grandes equipamentos também deve se estender aos transformadores de distribuição, consideradoscomponentesoperacionais críticos. Ocaráter crítico ligado às unidades transformadorasdo sistema elétrico é enfatizado mediante as diversas falhas eproblemas indesejados que podem ser ocasionados perante as solicitações mecânicas e elétricas que estas são submetidas ao longo da sua vida útil, acarretando longos períodos de interrupção no fornecimento de energia elétrica, e, conseqüentemente, prejuízosfinanceirosconsideráveis. Como exemplos de ações preditivas aplicadas neste sentido, podem ser citados os trabalhosde (ARAGÃO, 2009) ede (BARBOSA, 2008). Oprimeiro trabalho refere-se à aplicação de métodos para detecção e predição das condições térmicas de operação de transformadores de potência imersos em óleo. Já o segundo, refere-se à aplicação de algoritmos inteligentes de diagnóstico das condições físico-químicas do óleo de transformadoresde potência.

23 5 Emambos, é enfatizada aimportância dos sistemasde monitoramento como apoio à aplicação dos métodos e algoritmos para diagnósticos de falhas em transformadores de potência do subsistema de distribuição da rede elétrica. Por efeito deste panorama exposto, oprincipalquestionamento que se buscou responder Qual(is) ferramenta(as) pode(m) ser utilizada(s) para auxiliar na aplicação de ações preditivas relacionadas com odiagnóstico de falhas em transformadores de distribuição? Observa-se que, atuando-se de forma preditiva, as ações de verificação de sintomas, de causas e de efeitos, mediante acompanhamentos e análises contínuas dos principais parâmetros de funcionamento dos equipamentos, têm sido aplicadas como alternativas auxiliares na redução e minimização dos efeitos críticos associados às falhas com os transformadoresde potência. Com o caráter de opção alternativa auxiliar na implantação de ações preditivas comentadas anteriormente em subsistemas de distribuição, neste trabalho acadêmico é propostoodatabluetrafo: Aquisição epersistênciadedadoselétricosetérmicosde transformadoresutilizandocomunicação bluetooth. Talsistema é baseado na coleta earmazenamento dos dadoscoletados de parâmetros elétricos etérmicos do equipamento transformador para eventuais processamentos, análises e diagnósticos de carregamento eperda de vida útilemtransformadoresde distribuição. Baseado no sistema proposto em (OLIVEIRA FILHO, 2009), trata-se de uma evolução complementar doreferido sistema, com aadição de funcionalidades gráficas ede persistência das informaçõesembase de dadosestruturada. Está relacionadocomoprojeto dep&d -Monitoramento ediagnósticointeligenteda Rede de Transformadores de Distribuição, desenvolvido pelo GPAR -Grupo de Pesquisa em Automação erobótica,pertencente ao DEE -Departamento deengenhariaelétrica,da UFC - Universidade Federal do Ceará, mediante as parcerias com aastef -Associação Técnico- Científica Engº. Paulo de Frontineaempresa EletrobrásAmazonas Energia. 1.3OBJETIVOS O objetivo geral contemplado com a realização do referido projeto foi o desenvolvimentodo DATABLUETRAFO. Dentre os objetivos específicos considerados com arealização do referido projeto, destacam-se:

24 6 Realizar medições e aquisições de dados elétricos e térmicos em transformadoresdedistribuição; Persistir, temporariamente,no ponto localde medição, asinformaçõesdosdados para carga dos dados para aferramenta computacional portátil coletora dos dados; Transferir, via Bluetooth, asinformaçõesdosdadosdopontolocaldemedição para aferramentacomputacionalportátilcoletoradosdados; Persistir, temporariamente, na ferramenta computacional portátil coletora dos dados,asinformações dosdados para descarga dosdados; Transferir, via Bluetooth, as informações dos dados da ferramenta computacionalportátilcoletora dos dadospara aunidade computacional final; Persistir edisponibilizar as informações dos dados de medição para eventuais análises eprocessamentos inteligentes de diagnósticos acerca da perda de vida útilede carregamentodinâmico emtransformadoresde distribuição. Com isto, pretende-se dispor, em uma base de dados estruturada, as informações de medições acerca dos parâmetros elétricos etérmicos colhidas mediante omonitoramento de transformadores de distribuição, para eventuais consultas eprocessamentos relacionados com aaplicaçãode métodosinteligentesde diagnósticodeperdadevida útiledecarregamento dinâmico emtransformadores de distribuição. Embora no presente momento, os módulos finais, relacionados comas funcionalidades de análise de carregamento e de diagnósticos estimativos da perda de vida útil de transformadores de distribuição, ainda estão sendo implementados, objetiva-se também com este trabalho acontribuição acadêmica como material de pesquisa, publicação científica e ferramenta auxiliar aos profissionais eespecialistas no momento da implantação de ações preditivas no setor elétrico. 1.4ORGANIZAÇÃO DOTRABALHO Esta monografia está organizada em seis capítulos, comreferênciasbibliográficas, Bibliografia, AnexoseApêndices. De forma maisdetalhada, no Capítulo 2, é apresentada uma visão geral da área da Automação de Sistemas Elétricos de Potência, expondo-se comentários panorâmicos, bem como os principais conceitos relacionados. Procura-se enfatizar asprincipaisconfigurações etécnicas atuaisutilizadasemsistema de monitoramento de equipamentos elétricosdepotência.

25 7 No Capítulo 3, são apresentados os detalhes sobre a composição do DATABLUETRAFO. Háuma apresentação sobre adescrição geral, discorrendo-se sobre as principais características euma visão geral dos módulos constituintes. Posteriormente, cada umdestesmódulos, Módulo DataLogger, Módulo Mobile emódulo Desktop, sãodescritos emmaisdetalhes. Uma vez detalhadas as informaçõesacercados módulosutilizadosno referido sistema, no Capítulo 4édescrito ofuncionamento geral do sistema proposto acerca do fluxo principal de execução dosmódulos. No Capítulo 5sãoexpostos os detalhes sobre os testes eosresultados dos módulos, detalhando-se aforma com que as metodologias avaliativas foram definidas, planejadas e aplicadas. Sãorealizados, também, para cada resultado de cada módulo, os comentários eas observaçõesanalíticas sobreosmesmos. Por fim, o Capítulo 6 é dedicado aos comentários acerca das contribuições, das discussões e conclusões gerais e às proposições futuras sobre o conteúdo abordado no trabalho.

26 8 CAPÍTULO 2 OMONITORAMENTO EM TRANSFORMADORES DEDISTRIBUIÇÃO VISÃOGERAL UMA Este capítulo é dedicado ao detalhamento das principais características dos sistemas de monitoramentoaplicadosemseps. A Seção 2.1 contémdescriçõesacerca de uma visão geral panorâmica sobre ouso de monitoramento em subsistemas de distribuição. Complementando as descrições realizadas na seção anterior, a Seção 2.2 expõe os conceitos, esquemas e componentes básicos desse tipo de monitoramento. Em seguida na Seção 2.3, há um detalhamento mais específico de cada etapa constituinte de um sistema de monitoramento básico. Porfim, naseção 2.4, sãorealizadosalgunscomentáriosconclusivosparciaisacerca do conteúdo expostono capítulo. 2.1PANORAMA ATUAL Atualmente, mediante o crescimento dos centros populacionais e industriais, com consequentes expansões das capilaridades das redes elétricas dos SEPs, as empresas do mercado de energia elétrica tem se deparado com as necessidades de melhorias relacionadas com os níveis de eficiência, de qualidade, de confiabilidade, de sustentabilidade, de competitividade e de redução de custos quanto ao fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Almejando-se tais melhorias, observa-se que as empresas do setor têm destinado recursos para a modernização tecnológica de suas redes elétricas. Consideráveis parcelas financeiras de investimentos tem sido destinadas no planejamento, implementação e instalação de sistemaseferramentas auxiliaresde automação. Nesse contexto, como mencionado em (SOUZA, 2008), outro setor temtido importante destaque: o da Tecnologia da Informação. Observa-se que várias técnicas e tecnologias relacionadas têmsido bastante aprimoradas, encontrando-se em fase de consolidação de domínio tecnológico. Como exemplosdas técnicas etecnologias existentes, podem ser citados ostrabalhosde (ARAGÃO, 2009), (BARBOSA, 2008), (OLIVEIRA FILHO, 2009), (ARAGÃO ET. AL. 2010), (ALMEIDA ET. AL., 2007a), (ARAGÃO ET. AL. 2007), (ALMEIDA ET. AL., 2007b) e (ARAGÃO ET. AL. 2009).

27 9 Como informado em (SOUZA, 2008), já há disponibilidade satisfatória de equipamentos que possibilitam usos práticos eefetivos, sendo empregados com sucesso em diversospaíses na Europa, na Ásiaenos EstadosUnidos. Diante dos recentes avanços tecnológicos digitais, coligados com as técnicas de aquisição, de transmissão, de armazenamento, de processamento ede análise de sinais, todas integradas às aplicações computacionais informatizadas, sãonotórias as utilizações desses conjuntos de recursos como subsídios de monitoramento, automação econtrole das operações nasreferidasredeselétricas. Dentre as aplicações de automação usadas nas redes elétricas com o intuito de possibilitar oreferido atendimento satisfatório deenergia elétrica, observa-seautilização dos sistemas de monitoramento como uma das principais ferramentas empregadas na realização de ações preditivas, atuando principalmente em subsistemas de distribuição, especificamente nos transformadores de distribuição (OLIVEIRA FILHO, 2009), (ARAGÃO ET. AL., 2010), (ALMEIDA ET. AL., 2007a), (ARAGÃO ET. AL. 2007), (ALMEIDA ET. AL., 2007b), (ARAGÃO ET. AL.2009) e(barbosa ET. AL., 2009). 2.2CONCEITOS RELACIONADOS Um sistema de automação adequado deve ser composto por equipamentos de aquisição de dados ede dispositivos localmente ou remotamente controlados, bem como deve possuir funcionalidades de processamento eanálise dos respectivos dados que possibilitem suporte às funçõesdedecisão (PEREIRA; ULIANA;CABRAL, 2010) e(liyanage; MUCHLINSKI, 1994). AFigura 2.1 ilustra atípica estrutura de um sistema de monitoramento aplicado em transformadoresdedistribuição. Figura 2.1 -Estrutura típica de um sistema de monitoramento de transformadores de distribuição.

28 10 Amedição de variáveis, atransmissão, oarmazenamento eoprocessamento de dados, bem como a disponibilização das informações integram as principais etapas das partes constituintesdesses tiposdesistemasde monitoramento (ALVES;VASCONCELLOS, 2009), (ARAGÃO, 2009), (OLIVEIRA FILHO, 2009), (ALMEIDA ET. AL., 2007a) e(almeida ET. AL.,2007b). 2.3CONFIGURAÇÕES ETÉCNICAS ATUAIS A seguir, para cada etapa constituinte dos atuais sistemas de monitoramento empregados nas redes de distribuição das redes elétricas, são comentadas as principais configuraçõesetécnicasadotadas neste tipo detipologia AETAPA DEMEDIÇÃO EAQUISIÇÃO DE DADOS Na etapa inicial da medição e aquisição dos dados, os parâmetros desejados são rastreados e medidos, com as respectivas informações digitalizadas para eventuais processamentosmatemáticos (BRAGAN., 2008). Em um sistema de aquisição de dados, blocos funcionais relacionados com sensores, condicionadores de sinal, conversores analógico-digital ememórias sãoconstituintes básicos (BRAGAN., 2008). Os elementos sensores, geralmente transdutores resistivos, capacitivos ou indutivos, convertem variações dos fenômenos físicos em sinais elétricos. Alguns tipos de sensores são dotados de módulo eprotocolo para comunicação serial que permitem atroca de dados em rede comunidades decomandoesupervisão. De acordo com as necessidades técnicas de eficiência eprecisão, os recursos sensores disponíveis e os tipos de análises desejados para o monitoramento dos equipamentos considerado, deve-se realizar aespecificação de qual(is) parâmetro(s) será(ão) rastreado(s) (ALVES;VASCONCELLOS, 2009). Em geral, os parâmetros avaliados neste tipo de aplicação estão relacionados com característicastérmicas(temperaturasambiente, do óleo, dosenrolamentos, docomutador sob carga), elétricas(tensõesecorrentesdecarga) evolumétricas(teor dedissolução dosgases no óleo, teorde água enível do óleo) dostransformadores (ALVES; VASCONCELLOS, 2009), (ARAGÃO, 2009),(BARBOSA,2008) e(oliveira FILHO, 2009).

29 11 Tipos como os termopares para medições térmicas, os transdutores resistivos para medições de corrente etensão elétrica eos strain gauges, para medições de deformações mecânicassãocomumente utilizadosnestestiposde sistemas (BRAGAN., 2008). A fim de compatibilizar as informações medidas provenientes dos sensores em representações numéricas junto ao conversor A/D, os condicionadores de sinais os adéquam eletricamente através de alteração de nível de sinal, linearização, conversão de grandezas, filtragem, casamento deimpedânciaeisolação (BRAGA N., 2008). As informações medidas sãotranscritas para representações numéricas binárias através do conversor analógico-digital. Aquantidade de bits de resolução, avelocidade de resposta e afaixa de amplitudes do sinalque deve ser convertido sãocaracterísticasrelevantes neste tipo de transcrição AETAPA DETRANSMISSÃO DOS DADOS Após as medições e a aquisição dos dados serem realizadas na etapa anterior, as respectivas informações devem ser transmitidas para a etapa de armazenamento e processamento de dados por intermédio da etapa de transmissão dos dados, utilizando-se os meiosfísicosmaisconvenientesparaaaplicação (ALVES; VASCONCELLOS, 2009). Para arealização das operações de comunicações dos referidos dados, como opções para atransferência serial dos sinais elétricos, normalmente, sãoempregados meios físicos guiados, como as infraestruturas das redes cabeadas e de fibras óticas, ou através de propagação aérea, como em links de radiotransmissão, utilizando-se canais dedicados ou a infra-estruturada rededetelecomunicações celular. Considerando-se os custos de implantação de meios físicos guiados nesses tipos de sistemas de monitoramento, observa-se que as tecnologias eos padrões de comunicação sem fio têmsido bastante utilizados. Pode-se citar os padrões Bluetooth, IEEE (WiFi), IEEE (WiMAX),IrDA, ZigBee egsm/gprs. No geral, as transmissões efetuadas sãodo tipo serial. Os protocolos que direcionam a comunicação eatransmissão de dados entre os dispositivos eletrônicos do sistema também costumam ser do tipo serial. Para sistemas de monitoramento com esta finalidade, comumente, são utilizados os protocolos Modbus, IEC , IEC e DNP3 (SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES,2010). 1 IEEE: InstituteofElectrical and Electronics Engineers (IEEE,2010). 2 IEC: InternationalElectrotechnicalComission (IEC,2010).

30 AETAPA DEARMAZENAMENTO/PROCESSAMENTO DOSDADOS As ações de armazenamento persistente dos dados brutos sãorealizadas mediante a estruturação de uma base de dados gerenciável. Geralmente sãoaplicados os conceitos do modelo entidade-relacional. Entretanto, algumas adaptações específicas também são utilizadas, como, por exemplo, osconceitosdo modelo objeto-relacional. O primeiro tipo é baseado na modelagem de objetos reais (entidades) e as suas respectivasinterações (relacionamentos) entre si, sendo que o armazenamento,amanipulação earecuperação dos dados estruturados sãorealizados na forma de tabelas, associadas por relacionamentos. Osegundo tipo é uma adequação do primeiro, havendo aabordagem de orientação aobjetos como extensão do modelo de dados. Associados às estruturas de base de dados,sãoempregados ossistemassgbd 3,podendo ser relacionaisouobjeto-relacionais. Alguns exemplos de SGBDs aplicados são o Oracle, Microsoft SQL Server, DB2, JavaDB, MySQL, PostgreSQL, Firebird, IBM Informix, HSQLDB, Sybase, Microsoft Access, dentreoutros. Os procedimentos de processamento, de análise ede diagnóstico, sãofacilitados pelas consultas à(s) base(s) de dados, as quais contêm tais informações dos sensores já digitalizadas. São empregadas técnicas, modelos matemáticos e algoritmos específicos para a composição dos processamentosdediagnóstico. Dependendo do tipo de diagnóstico técnico desejado para aanálise do equipamento transformador considerado, várias podem ser as possibilidades de módulos de diagnóstico. Dentre eles, usualmente são utilizados os seguintes módulos de análise e diagnóstico (ALVES; VASCONCELLOS, 2009), (ARAGÃO, 2009), (BARBOSA, 2008) e(oliveira FILHO, 2009): Perda de vida útil da isolação; Simulação decarregamento por fase; Indicação detemperaturaparasupervisório; Teor de água no óleo; Concentração de gases no óleo; Umidade no óleo; Tendênciade evolução da capacitância nas buchas. 3 SGBD: SistemadeGerenciamentodeBancode Dados (ELMASRI; NAVATHE, 2005).

31 AETAPA DEDISPONIBILIZAÇÃO DAS INFORMAÇÕES Complementando ociclo funcionaldo sistema, as funcionalidades de disponibilização e de visualização dos resultados para eventuais interpretações e tomadas de decisões são implementadas, geralmente, através de aplicações computacionais desktop e web, cujas informações podem ser acessadas uniformemente por todos os especialistas interessados na análise. Há, também, a possibilidade de adição de funcionalidades extras customizadas (ALVES;VASCONCELLOS, 2009). 2.4CONCLUSÕES PARCIAIS Nota-se oimpulso que os índices de aumento mundial da densidade populacional consumidora de energia elétrica, bem como das conseqüentes expansões da rede elétrica, têm ocasionadonas ações dasempresasdo mercadodeenergiaelétrica. Aliado aos investimentos na área, observa-se, também, aconsolidação de técnicas e equipamentosdo setordatecnologiadainformação quesãoaplicadoscomosubsídiosnos sistemas de monitoramento, automação econtrole das operações nas referidas redes elétricas. Como uma das principais ferramentas empregadas na realização de ações preditivas em subsistemasde distribuição,observa-se autilização de sistemasde automação destetipo. Tais sistemassãocaracterizados, normalmente, pelasetapasde medição de variáveis, de transmissão, de armazenamento ede processamento de dados, bem como da disponibilização das informações. Como apresentação do objetivo proposto no trabalho, neste capítulo, focou-se no detalhamento das principais características dos sistemas de monitoramento aplicados em SEPs. Tais informações servemde apoio introdutório aos seguintesdetalhamentosespecíficos do sistema de aquisição de dadosproposto.

32 14 CAPÍTULO 3 ACOMPOSIÇÃODOSISTEMA PROPOSTO DETALHESDOS MÓDULOS Aapresentação do DATABLUETRAFO é realizada neste terceiro capítulo. Inicialmente é realizada uma descrição geraldo referido sistema, comentando-se as principais características na seção 3.1. O Módulo DataLogger é descrito mais especificamente na seção 3.2. Enquanto que o Módulo Mobile do referido sistema tem odetalhamento realizado na seção 3.3. Jáo Módulo Desktop, tem as suas características efuncionalidades comentadas na seção 3.4. Em 3.5, háos comentários conclusivos parciaisacerca do conteúdoexposto neste capítulo. 3.1 DESCRIÇÃOGERALEASPRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ODATABLUETRAFO é um conjunto de módulosfuncionaisutilizadosna realização das medições sobre os valores dos parâmetros elétricos relacionados com as correntes eas tensões, bem como arespeitodo parâmetrotérmicorelacionado com atemperatura do óleono topodotransformador de distribuição. AFigura3.1ilustra aorganizaçãofuncionaldosistema proposto. Figura 3.1-Organização funcional dos módulos constituintes dosistema proposto. Como observado na Figura 3.1, osistema de aquisição de dados de transformadores de distribuição proposto é formado portrêsmódulos: um Módulo DataLogger, um Módulo Mobile eum Módulo Desktop.

33 15 Oprimeiro módulo, DataLogger, é referente ao sistema de aquisição de dados com a tecnologia bluetooth. OMobile é referente aos recursos de dispositivo móvel, também com tecnologia bluetooth, e o último, Desktop, é referente à aplicação executada no microcomputador Desktop comadaptadorusb Bluetooth. De forma resumida, ofuncionamento é realizado por intermédio das medições edas aquisições de dadospelo Módulo DataLogger localmente ao transformador de distribuição. Posteriormente, através dasrequisições, via bluetooth, feitaspelo Módulo Mobile, há acarga destesdados paraodispositivomóvel, armazenadostemporariamente na memória interna.por fim, em um terceiro momento, háadescargade dados, também via bluetooth, do Módulo Mobile para omódulo Desktop, sendo realizada adevida persistência das informações em base de dadosestruturada. Embora as medições e as aquisições sejam realizadas continuamente pelo Módulo DataLogger, o acompanhamento das medições realizadas durante o monitoramento é realizado apenas de forma offline, uma vez que a transferência, o processamento e a disponibilizaçãográficadestasinformaçõessãorealizadosemperíodosdistintos. Nos tópicos aseguir,cada um dessesmódulos é descrito com maiorriquezade detalhes, especificando-se assuadefinições,características,funcionamentoseimplementações. 3.2 OMÓDULO DATALOGGER Nosistema dodatabluetrafo, denomina-se de Módulo DataLogger osubsistema de hardware microcontroladoresponsávelpelasmediçõeseaquisiçõesdosdadoselétricose térmicos do transformador de distribuição. A Figura 3.2 ilustra, em diagrama de blocos funcionais,acomposição do Módulo DataLogger. Figura 3.2 Composição do Módulo DataLogger em diagrama de blocos funcionais.

34 16 Este módulo é constituído por cinco blocos funcionais: microcontrolador, banco de memórias EEPROM 1, sensores elétricos e térmicos, circuito condicionador de sinais e adaptadorserial Bluetooth microcontrolado. Adiante,asfunçõesdestesblocossãodetalhadasdeforma maisespecífica SENSORES Paraaaquisição dedadoselétricosetérmicos, osistemapropostoestá projetadopara utilizaraté 12unidadessensores, sendoutilizados, atualmente, 3de corrente, 3de tensão e1 de temperatura. Osensor de tensão elétrica aser utilizado é oatvr 120 D420L, da fabricante LEM. Trata-sede um transdutorde tensão elétrica utilizadopara mediçãoeletrônica TRUE RMS de tensão AC, com isolação galvânica entre os circuitos primário e secundário (LEM COMPONENTS, 2005). Possui faixa de medição de até 120V AC, com faixa de saída entre 4e20mA, medidos com TRUE RMS, operando em faixa de temperatura de -10 a70ºc, com faixa de freqüência operacionalentre Hz,com alimentaçãoem 24V DC. AFigura3.3ilustraosprincipaisdetalhes do sensor ATVR120D420L. Figura 3.3 Detalhes dosensor ATVR 120D420L.Adaptado de(lemcomponents,2005). Osensorde correnteelétricaaserutilizado é oapb420l, dafabricante LEM. Trata-se de um transdutor de corrente elétrica utilizado para medição eletrônica de formas de ondas senoidais AC, com isolação galvânica entre os circuitos primário e secundário (LEM COMPONENTS, 2007). 1 EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory.

35 17 Possuifaixademedição de 10Aaté 400A, comlimitaçãodecorrentede saídamenor que 25mA, operando em faixa de temperatura de -20 a 60ºC, com faixa de freqüência operacionalentre Hz,fontedealimentaçãode12-24V DC. AFigura3.4 ilustraosprincipaisdetalhesdosensor APB420L. Figura 3.4 Detalhes construtivos do sensor AP B420L.Adaptado de (LEM COMPONENTS, 2007). Osensor de temperatura aser utilizado é do modelo TP 100, da fabricante Instrutherm. Trata-se de um transdutor de temperatura, do tipo PT100 (termistor resistivo), constituído por platina pura,que é ummaterialde altacondutibilidade. Possui resistência de 100 Ohms à temperatura de 20 C, variandoovalorda resistência linearmente com avariação crescente da temperatura. Os valores medidos sãoda faixa de medição de -50ºC a450ºc,com precisãode ± (0,15 +(0,002 x T)) ºC, classe Ada norma IEC Otubo do sensor mede 152mm, com 3,2mm de diâmetro, ecomprimento total da sondade245mm (INSTRUTHERM,2010). AFigura 3.5 ilustra os principais detalhes construtivos do sensor TP 100. Figura 3.5 Detalhes construtivos do TP 100.Adaptadode(INSTRUTHERM, 2010).

36 CIRCUITO CONDICIONADOR DE SINAIS Mais especificamente, o procedimento de condicionamento de sinais é realizado mediante amplificação, filtragem eequalização do sinal, fazendo com que este se adéque aos níveis de tensão elétrica dos conversores digitais, respeitando-se uma relação sinal/ruído e níveisde distorçãoharmônicareduzidos. Amplificadores operacionais, filtros eisoladores sãocomumente utilizadosnoscircuitos condicionadores de sinais.os amplificadoressãoutilizadospara ajustarem osinal analógico à faixa de entrada do conversor digital. Os filtros reduzem interferências indesejadas no sinal analógico. Já os isoladores protegem outras partes modulares de eventuais sobrecargas de tensão ecorrente. Afaixadevariação do níveldetensão elétricaparaaentrada doconversordigital é entre 0,5V e2,5v. Como asaída decorrentedos sensores possuemamesma faixa de variação (4-20mA), é utilizado omesmo circuito condicionador de sinais para todos os sensores utilizados. Ocircuito para condicionamento simples do sinal, bem como oesquemático eolayout da placa condicionadora de sinaisencontram-se dispostosna SeçãoAnexoA DISPOSITIVO MICROCONTROLADOR Nestecaso, é utilizado um MicrocontroladordsPIC 30F3014, da empresafabricante Microchip Technology Inc. As principais características do dispositivo microcontrolador dspic30f3014podemser encontradasem (MICROCHIP TECHNOLOGY INC.,2008). Através de uma unidade interna de conversão analógico-digital, omicrocontrolador recebe os dados analógicos do condicionador de sinais eos converte eletronicamente para digitais. Ogerenciamento de armazenamento dos dados no banco de memórias EEPROM é realizado tambémpeloreferidomicrocontrolador. AFigura3.6ilustra adisposiçãofísicadomicrocontroladordspic30f3014. Figura 3.6 Detalhes do microcontrolador dspic30f3014.adaptado de (MICROCHIP TECHNOLOGY INC., 2008). Oesquemático do referido microcontrolador pode ser visto na Seção Anexo A.

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