Estruturação de Sistemas e Aplicações de IIoT em Redes Eléctricas Inteligentes

Palavras-chave: Distribuição de eletricidade,Electricity distribution,Rede de Baixa Tensão,Gestão de ativos,Sensores inteligentes,Redes de sensores,Low voltage network,Asset management,Smart sensors,Sensor networks

A gestão dos ativos da rede elétrica de distribuição em baixa tensão, com recurso a modelos e a tecnologias no âmbito da Internet of Things, possibilita a avaliação do estado técnico de funcionamento e o diagnóstico dos ativos de forma autónoma e centralizada, através de sensores sem fios, sendo particularmente vantajosa, neste caso de aplicação, dada a dispersão geográfica das infraestruturas.  Na rede de baixa tensão destacam-se os órgãos constitutivos de um Posto de Transformação: o transformador de distribuição, o quadro geral de baixa tensão e a cela de proteção e seccionamento no circuito de entrada em média tensão. Neste trabalho é apresentado um sistema de gestão de ativos assente em soluções de instrumentação para a supervisão dos ativos mencionados, de acordo com um conjunto de critérios fundamentais para o desenvolvimento de projeto, com vista à sua viabilidade económica e prática: dispositivos não intrusivos aos equipamentos sob supervisão, autonomia energética, comunicação sem fios, processamento local, modularidade e interoperabilidade, flexibilidade incremental e interface humana de fácil compreensão. Assim, foram concebidos e desenvolvidos sensores inteligentes, autónomos e independentes para a monitorização de cada ativo, sendo os dados recolhidos e integrados numa unidade concentradora, em cada posto de transformação, para processamento e análise local dos dados respetivos.   A avaliação do desempenho do transformador de distribuição envolve a deteção de descargas parciais no seu interior, a medida da temperatura na tampa da carcaça, a deteção de descargas parciais nas travessias e a medição do nível de ruído de zumbido. As condições ambientais internas e externas do posto de transformação são analisadas através da medição de temperatura e humidade do ar. A cela de proteção de média tensão é avaliada pela deteção de descargas parciais no compartimento do disjuntor e pela monitorização da temperatura do barramento principal. No quadro geral de baixa tensão são medidas as tensões e correntes de cada circuito de saída. Em cada posto de transformação, a unidade concentradora é responsável pela análise dos eventos e variáveis comportamentais, e pela fusão dos dados provenientes das unidades de monitorização instaladas.  Enquanto fatores críticos, foram validados: (i) a deteção de descargas parciais no interior do transformador de distribuição, por emissão acústica, utilizando um sensor ultrassónico acoplado na tampa do tanque do transformador, (ii) a deteção de descargas parciais no ar por captação de radiofrequência na banda dos 433 MHz, (iii) a monitorização de temperatura, por contacto, no tanque do Transformador de Distribuição e, sem contacto, na Cela de Média Tensão, com recurso a redundância modular tripla para auto-diagnóstico e confiança acrescida.  A alimentação em potência de dispositivos de monitorização é, em grande parte, realizada através de captação de energia do meio envolvente que, nestas infraestruturas, pode ter a forma de energia térmica, solar ou eletromagnética, consoante as especificidades dos locais de instalação. São apresentados dois modelos de dimensionamento de sistemas de alimentação baseados em captação de energia do meio envolvente, especificamente solar e eletromagnética, e apresentados resultados de testes envolvendo múltiplos fatores construtivos para a otimização de um sistema de alimentação baseado na captação de energia térmica.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais