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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39911| Título: | Sensor óptico para o monitoramento de chaves seccionadoras de média tensão isoladas a ar |
| Título(s) alternativo(s): | Optical system for identifying the state of medium voltage disconnect switches |
| Autor(es): | Ivankio, Alex Sandro |
| Orientador(es): | Dreyer, Uilian José |
| Palavras-chave: | Falhas de energia elétrica Detectores ópticos Fibras ópticas de plástico Energia elétrica - Distribuição - Manutenção e reparos Processamento de sinais - Técnicas digitais Mecanismo de distribuição elétrica Electric power failures Optical detectors Plastic optical fibers Electric power distribution - Maintenance and repair Signal processing - Digital techniques Electric switchgear |
| Data do documento: | 27-Fev-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | IVANKIO, Alex Sandro. Sensor óptico para o monitoramento de chaves seccionadoras de média tensão isoladas a ar. 2026. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | O monitoramento contínuo de equipamentos é fundamental para mitigar falhas e defeitos, contribuindo para a redução de prejuízos financeiros às concessionárias de energia elétrica e aos consumidores. Nesse contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor óptico para o monitoramento de chaves seccionadoras de média tensão (CSM), equipamentos amplamente utilizados em subestações e redes de distribuição. Essas CSM permitem, por meio de manobras operacionais, o isolamento de disjuntores para manutenção, sem interrupção do fornecimento de energia. O sistema proposto é composto por uma fibra óptica plástica (PMMA), uma lente biconvexa, um anteparo refletivo e um circuito eletrônico de condicionamento e processamento de sinais. O circuito realiza a modulação do sinal elétrico em sinal óptico por meio de um diodo laser operando em 650 nm, modulado a 1024 Hz. O sinal proveniente da fibra emissora (TX) é colimado pela lente biconvexa e direcionado a um anteparo fixado à lâmina da CSM. O feixe é então retrorefletido e retorna parcialmente à lente, que o focaliza em uma segunda fibra óptica plástica receptora (RX), conduzindo-o até o fotodiodo. O circuito eletrônico realiza a filtragem e amplificação do sinal recebido, que é enviado a um microcontrolador responsável por analisar a amplitude e a assinatura espectral na frequência fundamental de 1024 Hz, permitindo identificar o estado da CSM. Antes da instalação na chave seccionadora, realizou-se a calibração do sistema óptico para otimizar a resposta do sinal. Em ensaios laboratoriais, visando à obtenção da curva característica de operação do sensor, foram coletadas 30 amostras em distâncias entre 2 cm e 50 cm. Nos testes de calibração angular, o sistema detectou, por meio da variação da amplitude do sinal, uma abertura angular máxima de 3,11°, condição associada ao aumento da resistência de contato entre os terminais da CSM. Ensaios adicionais foram conduzidos com variações de temperatura e umidade, mantendo-se a CSM fechada, permitindo analisar o comportamento da amplitude e da frequência do sinal ao longo do tempo. Por fim, em testes em ambiente externo, a CSM foi exposta à chuva e às intempéries, com monitoramento contínuo dos sinais de amplitude e frequência durante o período de ensaio. |
| Abstract: | Continuous monitoring of equipment is essential to mitigate failures and defects, contributing to the reduction of financial losses for electric power utilities and consumers. In this context, this work presents the development of an optical sensor for monitoring medium voltage disconnect switches, equipment widely used in substations and power distribution networks. These switches allow, through operational maneuvers, the isolation of circuit breakers for maintenance without interrupting the power supply. The proposed system consists of a plastic optical fiber (PMMA), a biconvex lens, a reflective target, and an electronic circuit for signal conditioning and processing. The electronic circuit modulates the electrical signal into an optical signal using a laser diode operating at a wavelength of 650 nm and modulated at 1024 Hz. The optical signal emitted from the transmitting fiber (TX) is collimated by the biconvex lens and directed toward a target fixed to the blade of the disconnect switch. The beam is then retroreflected and partially returns to the lens, which focuses the beam onto a second plastic optical fiber receiver (RX), guiding it to the photodiode. The electronic circuit performs filtering and amplification of the received signal, which is then sent to a microcontroller responsible for analyzing the amplitude and spectral signature of the signal at the fundamental frequency of 1024 Hz, allowing the identification of the switch state. Prior to installation on the disconnect switch, the optical system was calibrated to optimize the signal response. In laboratory tests aimed at obtaining the sensor operating characteristic curve, 30 samples were collected at distances ranging from 2 cm to 50 cm. In the angular calibration tests, the system was able to detect, through variations in signal amplitude, a maximum angular opening of 3.11°, a condition associated with an increase in the contact resistance between the terminals of the disconnect switch. Additional tests were carried out under variations in temperature and humidity while maintaining the switch in the closed position, allowing the analysis of the signal amplitude and frequency behavior over time. Finally, in outdoor tests, the disconnect switch was exposed to rain and environmental conditions, with continuous monitoring of amplitude and frequency signals during the test period. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39911 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia |
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