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Sistema de Monitoramento da Vida Útil de
Baterias Chumbo-Ácidas em Subestações
M. E. da C. Brito, F. Bradaschia, G. M. de S. Azevedo, Z. D. Lins, M. C. Cavalcanti

Resumo--Um sistema de monitoramento da vida útil de
baterias chumbo-ácidas estacionárias utilizadas em subestações,
que está sendo desenvolvido, é apresentado. Este sistema
permitirá o armazenamento de variáveis relevantes do conjunto
de baterias e alarmar para a central de controle da subestação
quando os valores estiverem fora de determinados limites.
Software de predição e análise realizará estimativa de vida
remanescente das baterias que possibilitará agilidade nas ações
de manutenção e com isso, resultará na redução de falhas no
sistema de proteção da subestação e no aumento da vida útil de
elementos do banco de baterias. As variáveis relevantes que
influenciam o tempo de vida útil são identificadas. Descrição
sumarizada dos ensaios de capacidade e de medição de
resistência interna das em baterias é apresentada.
Palavras Chaves — Banco de baterias, monitoramento de
baterias, subestação.
I. INTRODUÇÃO
O
sistema de serviço auxiliar é essencial para a operação
de uma subestação, já que esse sistema garante a
alimentação para todos os relés de proteção, para todo o
sistema de automação e para todos os circuitos de manobra; ou
seja, uma falha neste sistema paralisa completamente a
subestação. O sistema de proteção pode ficar inoperante, o que
gera um grande risco para as instalações, o sistema elétrico e
os clientes. Portanto, o sistema de serviço auxiliar deve ter
disponibilidade e confiabilidade elevadas. Assim, o banco de
baterias deve ser tratado como um elemento chave do sistema,
buscando sempre a sua utilização adequada.
A determinação da vida útil dos elementos dos bancos de
baterias utilizadas nas subestações é um problema comum das
concessionárias de energia elétrica. Vários métodos para
acompanhamento do estado dos elementos foram propostos
[1,2,3] e dentre os mais importantes são o ensaio de
capacidade e a medição da resistência interna ou da
condutância. O método da condutância possui clara vantagem
em relação ao método da medida de capacidade, pois não
contribui para a redução da vida útil do banco e é realizado
rapidamente. No entanto, este método possui importante
desvantagem, pois só se torna eficaz os resultados quando o
Este trabalho está associado a projeto de pesquisa e desenvolvimento que
está sendo desenvolvido entre o Departamento de Engenharia Elétrica-DEE da
Universidade Federal de Pernamuco-UFPE e a Companhia Energética de
Pernambuco-CELPE.
M. E. da C. Brito é pesquisador da CELPE ([email protected])
F. Bradaschia é pesquisador da UFPE ([email protected] )
G. M. de S. Azevedo é pesquisador da UFPE ([email protected])
Z. D. Lins é pesquisador da UFPE ([email protected])
M. C. Cavalcanti é pesquisador da UFPE ([email protected])
acompanhamento do banco é realizado a partir do momento da
instalação, não sendo recomendado para bancos que já se
encontram em operação. Outro ponto importante neste método
é a determinação do intervalo ótimo de monitoramento, que
varia em função das condições ambientais das instalações e
das condições de uso. Ressalta-se que no caso de banco de
baterias antigo, a determinação da vida útil utilizando esse
método limita-se a constatação da condição extrema quanto a
medida de condutância; embora, esta condição possa já ter
sido atingida no passado.
A metodologia correntemente empregada pelas
concessionárias limita-se apenas a determinar - de forma
empírica - o momento de descarte do banco, sem considerar se
o descarte foi prematuro e que fatores podem ser manipulados
para se obter um maior tempo de utilização.
O Sistema de Monitoramento de Baterias (SMB) que está
sendo desenvolvido visa contornar estas deficiências provendo
um permanente acompanhamento dos fatores ambientais que
influenciam a vida útil das baterias, coletando e armazenando
dados relevantes do banco, do ambiente e do sistema de
serviços auxiliares, para compor uma base de dados que
juntamente com um software de análise permita determinar a
vida útil remanescente do banco de baterias, e que com os
fatores ambientais e de utilização possam ser ajustados a fim
de se obter o máximo tempo de utilização possível do banco
de baterias. Este sistema de monitoramento poderá ser
integrado ao sistema de automação da subestação, alarmando
quando uma condição crítica for detectada.
Hardware específico, que está sendo projetado e
construído, conterá o software de análise. Será permitido com
esse hardware o monitoramento e armazenamento dos dados
referentes aos fatores ambientais, bem como na realização de
uma medição diária do valor de condutância das baterias.
Salienta-se que esse dispositivo deve levar em conta as
especificidades e severidade do ambiente das subestações
onde serão aplicados principalmente no que tange a imunidade
eletromagnética e ao nível de imunidade a transientes e ruídos.
É imperativo que o dispositivo apresente uma elevada
disponibilidade e confiabilidade, além de apresentar fácil
instalação e manutenção com um especial cuidado no projeto
das proteções para que no caso da ocorrência uma eventual
falha, esta não incorra em qualquer prejuízo para o sistema de
serviços auxiliares da subestação.
Este artigo apresenta descrição dos importantes parâmetros
para monitoramento e análise dos bancos de baterias chumboácidas estacionárias reguladas por válvula também chamadas
baterias do tipo VRLA (Valve Regulated Lead Acid). O ensaio
de capacidade e o ensaio de medição da resistência interna
(RI) ou condutância interna em baterias são também
comentados. Além disso, é feita descrição do sistema
eletrônico de monitoramento para banco de baterias VRLA.
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II. ENSAIOS DE CAPACIDADE E DE MEDIÇÃO DA
RESISTÊNCIA INTERNA
O ensaio de capacidade é um método de estimação da vida
útil remanescente de baterias VRLA que está normatizado
[1,2], além de ser o mais confiável, ou seja, é capaz de
estimar, com precisão, o nível de degradação das baterias [4].
Entretanto, a realização de ensaios periódicos reduzem a vida
útil da bateria uma vez que descargas profundas são
provocadas constantemente. Ademais, se ensaios são
realizados no regime de descarga nominal, os bancos de
baterias terão de ser desconectados do sistema de serviço
auxiliar de distribuição por horas até o fim do teste, o que
constitui tarefa inviável para as empresas de energia elétrica,
já que uma contingência poderia ocorrer justamente durante
estes ensaios. Há, portanto, a necessidade de encontrar um
método alternativo para determinar a capacidade sem retirar o
banco de baterias de operação e sem provocar sua degradação.
As mudanças no “estado de degradação” das baterias
ocorrem de forma gradual e, embora, segundo dados práticos,
baterias de diferentes tamanhos e processos de fabricação
exibam valores de RI diferentes, as baterias com tamanhos,
idade e histórico de descarga similares, devem exibir variações
similares nas leituras de RI. Dessa forma, as medidas da RI,
quando realizadas periodicamente, podem ser usadas para
acompanhar o processo de degradação e envelhecimento da
bateria. Obtendo-se dados suficientes, é possível realizar uma
projeção da vida útil remanescente da bateria.
Existem dois métodos de medição da RI em baterias
VRLA: o método CC e o método CA[4]. Através de uma
análise detalhada, escolheu-se o método CA como o mais
imune a ruídos e o mais preciso. Esse método CA, também
conhecido como método da corrente alternada, consiste em
fazer percorrer através do grupo de células de bateria sob
medição uma corrente elétrica senoidal de freqüência
conhecida sobreposta à corrente de flutuação.
III. VARIÁVEIS MONITORADAS PELO SMB
A avaliação de determinadas condições operacionais atuais
e passadas de um banco de baterias possibilita estimar (com
elevada precisão) o estado de degradação dos elementos desse
banco e, com isso, vislumbrar a sua capacidade de operar
adequadamente quando da saída do sistema de retificação
presente na subestação. A análise das medições poderá
permitir que elemento(s) não danificado(s) do banco de
baterias não sofra(m) degradação(ões) por elemento(s)
degradado(s) desse banco, significando, desta maneira,
redução de custos para a recuperação do banco de baterias
(como um todo) e resultando na sua perfeita operacionalidade.
Para minimizar os custos dos sistemas de medição e
processamento de informações para o monitoramento do
banco de baterias, determinadas variáveis (tais como, tensão
de flutuação e RI) são medidas em grupos de elementos e,
para que os valores medidos entre os grupos possam ser
comparados, o número de elementos por grupo necessita ser
igual. Assim, um determinado banco de baterias com N
elementos será dividido em M grupos, onde o número de
elementos de cada grupo é igual a K. Ou seja, N é igual a M
vezes K. O número de grupos, a partir de determinado banco
de baterias, é escolhido levando-se em consideração o custo
total dos sistemas de monitoramento formado por cada um dos
grupos e o total de informações para uma adequada tomada de
decisão diante dessas informações. Ou seja, um grupo com um
grande número de elementos representará custo total do
sistema de monitoramento (de todo o banco de baterias) mais
baixo comparado com um grupo reduzido de elementos por
grupo. Em compensação, os resultados obtidos na medição
poderão inviabilizar a adequada tomada de decisão do
programa de monitoramento. Além disso, dois problemas
podem ainda ocorrer: 1) uma mais difícil determinação do(s)
elemento(s) defeituoso(s) desse grupo; 2) a deterioração mais
acelerada de elemento(s) a partir de outro(s) elemento(s)
degradado(s) não detectados. Assim, análise custo-benefício
deve ser feita previamente para definir o mais adequado
número de grupos, a partir de determinado banco de baterias.
As variáveis de monitoramento do SMB são apresentadas
nas subseções a seguir.
A. Corrente de Circulação do Banco de Baterias
Essa corrente é medida através de um sensor de corrente
linear unidirecional baseado em efeito Hall que mede
correntes até 20A. Os valores indicarão se o banco de baterias
está na condição operacional de carga, flutuação e descarga:
 Estando na condição de carga (retificador
restabelecendo a carga do banco de baterias após a reentrada
do retificador em operação), os valores obtidos serão positivos
e haverá limite máximo positivo de corrente para este
carregamento. Sendo ultrapassado este limite máximo
(normalmente igual a 25% do valor da corrente nominal de
descarga), haverá condição de alarme indicada pelo SMB.
Além do monitoramento desse limite de corrente, o SMB
comparará os valores de corrente obtidos em diferentes ciclos
de carga e alarmará quando da ocorrência de discrepâncias;
 Estando na condição de flutuação (retificador em
operação suprindo a carga CC da subestação e estando o
banco de baterias em paralelo completamente carregado), a
corrente que circula pelo banco de baterias é próxima de zero
(da ordem de microampères). O SMB comparará os valores
obtidos de corrente em diferentes ciclos nesta condição
operacional e alarmará quando da ocorrência de discrepâncias;
 Estando na condição de descarga (retificador fora de
operação e banco de baterias suprindo a carga CC da
subestação), os valores obtidos serão negativos e haverá limite
do tempo de operação do banco de baterias. Exemplificando,
sendo um banco de 75Ah com regime C10 como mostrado na
Tabela I, a corrente de descarga é igual a 7,5A durante 10
horas. Se o valor da corrente de descarga for superior a 7,5A
em um menor tempo este banco se descarregará. Para este
banco, se a corrente de descarga for igual a 41,6A, o tempo de
descarga máximo, sem que se ultrapasse a tensão mínima do
banco de bateria (o que resultaria na danificação de
elementos), é igual a uma hora. Assim, pode-se determinar o
limite mínimo de tempo para que o banco de baterias se
descarregue e gerar um alarme quando este limite mínimo de
tempo for alcançado. Além do monitoramento da corrente de
descarga, o SMB comparará os valores de corrente obtidos em
diferentes ciclos de descarga e alarmará quando da ocorrência
de discrepâncias.
3
TABELA I
REGIME DE DESCARGA PARA A TENSÃO FINAL DE 1,75V A 25◦C [5]
B. Tensão do Grupo de Células de Bateria
Os valores de tensão de cada grupo são processados
através do SMB, que identifica discrepâncias entre os valores
de tensão, registra-as em memória EEPROM (ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory) e alarma para
que procedimentos de manutenção sejam rapidamente
tomados, visto que elemento(s) defeituoso(s) de determinado
grupo acarretará na danificação de outros elementos deste
grupo e/ou de outros grupos. Além desta análise, o SMB faz o
somatório da tensão de todos os grupos e analisa este valor
para a condição operacional de carga, flutuação e descarga.
 Estando na condição de carga, o retificador estabelece
valores de tensão para que a corrente não ultrapasse o limite
máximo estabelecido pelo fabricante do banco. (normalmente
é o percentual de 25% do valor da corrente de descarga).
 Estando na condição de flutuação, o fabricante
especifica uma faixa de valores aceitáveis (faixa ideal) dessa
tensão de flutuação para determinado valor de temperatura.
Sendo ultrapassada essa faixa, o SMB registra os valores e
alarma para que procedimentos de manutenção sejam adotados
(visto que, acima ou abaixo dessa faixa, a taxa de corrosão dos
elementos aumenta rapidamente). A partir de análise in loco
da equipe de manutenção, os seguintes procedimentos podem
ser adotados: 1) Alteração no nível de tensão de flutuação
estabelecido pelo retificador para a temperatura ambiente; 2)
Alteração da temperatura ambiente; 3) Troca de elemento(s)
danificado(s). O SMB comparará os valores de tensão nesta
condição em diferentes ciclos e alarmará quando da ocorrência
de discrepâncias entre os valores obtidos;
 Estando na condição de descarga, o fabricante especifica
tensão mínima de operação do banco de baterias. A partir
deste valor mínimo, os elementos do banco de bateria
começam a ter perda definitiva de capacidade de
armazenamento de carga até a condição de completa
deterioração do(s) elemento(s) do banco de baterias. Assim, o
valor da tensão de descarga retrata a profundidade de descarga
do banco de bateria e, para valores abaixo da tensão mínima
(indicada pelo fabricante), indica a degradação permanente do
banco de bateria. Por este motivo, o SMB terá diferentes
níveis de alarme para diferentes níveis de tensão até o nível de
tensão mínima de operação do banco de baterias. O SMB
comparará os valores obtidos de tensão na condição de
descarga em diferentes ciclos e alarmará quando da ocorrência
de discrepâncias entre os valores obtidos.
C. Temperatura do Grupo de Células de Bateria
As temperaturas de cada grupo serão medidas através do
sensor LM35 da National Semiconductors [6]. Esse sensor que
medirá a temperatura média de um grupo de baterias, ficará
em contato com a parede externa da célula central. Os valores
de temperatura de cada grupo são analisados através do SMB
identificando discrepâncias entre os valores de temperatura de
cada grupo, registrando o(s) grupo(s) com a(s) respectiva(s)
temperatura(s) discrepante(s) em uma memória EEPROM do
SMB e alarmando para que procedimentos de manutenção
sejam rapidamente tomados. A temperatura ambiente
considerada será a média das temperaturas de todos grupos de
células de bateria e será utilizada para a obtenção do valor da
tensão de flutuação recomendada pelo fabricante. Este valor
será comparado com o valor da tensão que está sendo aplicado
pelo retificador ao banco de baterias. Na condição de
significativa discrepância entre esses valores, o SMB alarmará
indicando o inadequado valor de tensão de flutuação que está
sendo aplicado pelo retificador. A correção da tensão de
flutuação pode elevar consideravelmente a expectativa de vida
útil da bateria como observado na Tabela II.
TABELA II
EXPECTATIVA DE VIDA SEM E COM
COMPENSAÇÃO DA TENSÃO DE FLUTUAÇÃO [5]
D. Número de Ciclos de Carga e Descarga
A profundidade de descarga está diretamente relacionada
ao número de ciclos de cargas e descargas que o banco de
baterias pode suportar durante seu tempo de vida. Conforme
pode ser observado na Fig.1 [5], uma maior profundidade de
descarga resulta em diminuição severa do número de ciclos,
refletindo na diminuição significativano tempo de vida do
banco de baterias. Tanto a profundidade de descarga (medida
através da tensão do grupo de células de bateria) como o
número de ciclos de carga e descarga serão armazenadas no
registro de eventos em memória EEPROM do SMB.
Fig. 1: Capacidade de Retenção versus número de ciclos
4
E. Resistência Interna do Grupo de Baterias
O método CA (método da corrente alternada) será o
método utilizado para a determinação da resistência interna do
grupo de células de bateria. A descrição deste método está
apresentada em [3],[7]. A determinação da resistência interna
de cada grupo será feito automaticamente uma vez por dia
sempre em determinado horário (pelo módulo de medição de
resistência interna) e repassado para o dispositivo central do
SMB. A partir dos valores obtidos da resistência interna, o
SMB traçará a curva da condutância versus tempo e
vislumbrará (a partir da tendência dessa curva) a previsão do
tempo para se chegar a 64% do VRC (Valor de Referência de
Condutância). Este valor representa 80% da capacidade de
armazenamento de carga do banco de baterias. A curva de
capacidade de armazenamento de carga em função da
condutância (Fig. 2) permite observar se a capacidade de
armazenamento de carga das baterias está em torno de 80% do
VRC na primeira descarga.
Fig. 2. Curva da capacidade real (em porcentagem da
capacidade inicial em função da condutância percentual)
A partir desta primeira descarga, ocorre aumento da
capacidade de armazenamento até chegar a 100% de VRC
(máxima condição de armazenamento de carga). A partir deste
ponto, a cada ciclo de carga e descarga, ocorrerá a queda no
valor da condutância até chegar ao valor de 64% de VRC, que
representa 80% da capacidade de armazenamento de carga dos
elementos (valor mínimo de operação sugerido por norma).
Ao se atingir este ponto, o SMB informará - através de alarme
- que existe necessidade de troca de elemento(s) do banco de
baterias. Nesta ocasião, a equipe de manutenção fará testes em
cada um dos elementos do banco de baterias e indicará quais
os elementos devem ser substituídos.
comprimento para que não haja problemas de compatibilidade
eletromagnética. As variáveis de uma célula ou grupo de
células serão monitoradas por um módulo de Medição de
Tensão, Temperatura e Resistência interna (módulo MTTR),
podendo ter vários módulos MTTR em um banco de baterias.
Para a medição da corrente do banco de baterias será usado
um único módulo de Medição de Corrente (módulo MC). Os
módulos MTTR e o módulo MC serão instalados no rack do
banco de baterias para que os cabos de conexão às baterias
sejam os mais curtos possíveis. Neste rack, há um dispositivo
que converterá os sinais padrão RS-232 [8] em sinais no
padrão do enlace de comunicação instalado. Esses sinais serão
enviados aos módulos através de um único cabo serial onde
estarão todos os módulos conectados em paralelo. A
comunicação entre os módulos e a UPC é digital e usa um
Barramento de Comunicação serial Compartilhado (BCC).
Um enlace de comunicação será usado neste sistema devido à
grande distância entre a UPC e o rack do banco de baterias.
Nas subseções a seguir são detalhados a UPC, os módulos de
medição e o BCC.
A. Descrição da UPC
A UPC será o dispositivo principal do SMB, sendo
responsável por gerenciar e controlar a operação do SMB.
Suas funções são: 1) Controlar a operação dos módulos MTTR
e MC; 2) Acionar os relés de alarmes; 3) Manter um registro
de eventos; 4) Possibilitar a configurar dos parâmetros do
SMB através de uma Interface Homem-Máquina (IHM); 5)
Prover comunicação com o modem para permitir acesso
remoto. Para que a UPC possa desempenhar estas funções,
será usada a configuração mostrada na Fig. 4. A alimentação
deste sistema é feita através da rede de corrente contínua da
subestação (rede de 125VCC) de forma que possa continuar
funcionando durante alguma contingência na rede elétrica. A
fonte de alimentação da UPC é uma fonte chaveada com
saídas de 5VCC para alimentação dos circuitos digitais e outra
saída em 12VCC para alimentação dos relés. Outros níveis de
tensão poderão ser adicionados caso surja necessidade. O
componente central da UPC é um microcontrolador (MCU MicroController Unit), que é um pequeno computador em um
único circuito integrado contento um núcleo de processamento
IV. DESCRIÇÃO DO SMB
A estrutura do SMB é apresentada na Fig. 3. O SMB
possui uma Unidade de Processamento Central (UPC) que
será instalada no rack dos equipamentos de comunicação da
subestação. Desta forma, a comunicação com o modem da
subestação pode ser feita com um cabo serial de reduzido
Fig. 3. Diagrama dos blocos do SMB
Fig. 4. Diagrama dos blocos da UPC
5
mais memória, alguns periféricos e entradas e saídas (I/O Input/Output). Os periféricos necessários para esse sistema é
uma interface de comunicação serial USART (Universal
Synchronous Assynchronous Receiver Transmitter), bastante
utilizada em dispositivos microcontrolados [9], e um
barramento serial multi-mestre I2C (Inter-Intergrated Circuit).
A USART será usada para comunicação com o modem e o
I2C será usado para conectar o microcontrolador a um relógio
de tempo real (RTC-Real-Time Clock) e a uma memória
EEPROM. A comunicação com os demais dispositivos da
UPC será feita através das I/O.
B. Descrição dos Módulos MTTR
Cada um dos Módulos de Medição de Temperatura,
Tensão e Resistência interna (MTTR) será responsável por
realizar medições de temperatura, tensão e resistência interna
de cada grupo de células de baterias.
O SMB a ser instalado na subestação poderá ter um ou
mais módulos MTTR, dependendo dos requisitos de custo e de
precisão na medição e na detecção de problemas definidos no
projeto. Assim, três possibilidades para a instalação dos
módulos MTTR podem ser seguidas: 1) Um módulo MTTR
para cada célula do banco de baterias; 2) Um único módulo
MTTR para o banco de baterias; 3) Um conjunto de M
módulos MTTR, cada um realizando medições em um
conjunto de K células do banco de baterias.
O diagrama de blocos de um módulo MTTR é apresentado
na Fig. 5. Como pode ser visto nesta figura, o módulo MTTR
é subdividido em quatro partes: 1) Módulo Resistência
Interna; 2) Módulo de Tensão; 3) Módulo de Temperatura; 4)
Bloco de Sensores e Condicionador de Sinais.
Fig. 5. Diagrama de blocos de um módulo MTTR
C. Descrição do Módulo MC
O módulo de Medição de Corrente (MC) será responsável
por realizar a medição da corrente de carga e descarga do
banco de baterias. Como todas as células de baterias estão
conectadas em série, elas compartilham a mesma corrente de
carga, de flutuação ou de descarga. Portanto, só haverá a
necessidade de um único módulo MC para todo o banco de
baterias.
O diagrama em blocos de um módulo MC é mostrado na
Fig. 6. Como pode ser visto, o módulo MC é subdividido em
duas partes: 1) Módulo Corrente A/D; 2) Bloco Sensor e
Condicionador de Sinal.
Figura 6: Diagrama de blocos do módulo MC
D. Descrição do BCC
O Barramento de Comunicação serial assíncrono
Compartilhado (BCC) será a via de comunicação entre a UPC
e os módulos de medição do SMB. O canal seguirá o padrão
de comunicação RS-232 a três fios [8]: um para o TX (envio
de dados), um para o RX (recebimento de dados) e o terra (a
referência para os canais TX e RX). No padrão RS-232, os
valores binários 0 e 1 são representados pelas tensões -12V e
+12V em relação ao terra, respectivamente. O dispositivo que
realizará esta tarefa é o MAX232 [10], que possui dois
circuitos conversores para dois canais RS-232 distintos. É
importante que a UPC do SMB seja instalada fisicamente no
rack dos equipamentos de comunicação da subestação.
Embora, o banco de baterias possa ficar localizado distante da
UPC, podendo ficar inclusive em uma sala distinta. Como os
módulos de medição terão sensores, estes sensores precisarão
estar localizados próximos ao banco de baterias (de
preferência em um rack próprio). Portanto, o BCC poderá se
estender por metros de distância e, com o nível de
interferência
eletromagnética
das
subestações,
é
desaconselhável a sua implementação com fios de cobre,
mesmo que blindados.
O BCC do rack dos módulos de medição do SMB, que se
localiza próximo ao banco de baterias, será implementado
usando fios de cobre blindados e transportará dados no padrão
RS-232. A solução para o enlace comunicação à distância será
usar radiofreqüência (RF), implementando uma rede sem fio
pessoal de baixa taxa de transmissão (LR-WPAN- Low-Rate
Wireless Personal Area Network). As redes LR-WPAN são
baseadas no protocolo de comunicação de alto-nível
ZigBee[11], que está associado ao padrão IEEE 802.15.4-2006
[12]. Estas redes de comunicação funcionam na banda de
frequência ISM 2:4GHz, que não sofre interferência
eletromagnética proveniente das subestações.
Essa rede de comunicação de baixo custo será
implementada com dois módulos ZigBee de baixa potência
com antena direcional integrada se comunicando na
configuração ponto-a-ponto. Um módulo ZigBee estará
integrado ao rack dos módulos de medição do SMB e o outro
módulo ZigBee estará integrado ao rack da UPC. Com esta
rede, pode-se conseguir uma taxa de transmissão de até
250Kbps a uma distância de até 90 metros em ambientes
fechados [13]. Cada módulo ZigBee estará conectado a um
adaptador ZigBee/RS-232 [13] [14], que converte as
6
informações digitais do padrão ZigBee para o padrão RS-232
e vice-versa, permitindo assim integrar o enlace de
comunicação em RF com o BCC baseado no padrão RS-232.
Configurando apropriadamente os módulos, o enlace em RF
tornaria-se transparente tanto para a UPC como para os
módulos de medição, permitindo uma comunicação rápida e
segura entre os blocos do SMB.
O diagrama em blocos do BCC do SMB baseado no
protocolo ZigBee que será implementado é apresentado na
Fig. 7.
[11] S. C. Ergen, “ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary,” Adv. Tech. Lab of
National Semic., Sept. 2004.
[12] Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks
(WPANs), IEEE Std.
[13] XBeer/XBee-PROr ZB RF Modules, Digi International Inc.,
Minnetonka, USA, November 2010
[14] .XBeer & XBee-PROr ZB: ZigBeer Embedded RF Module Family
forOEMs, Digi International Inc., Minnetonka, USA, 2010.
VII. BIOGRAFIAS
Fig. 7. Diagrama de blocos de comunicação
compartilhada baseado no protocolo ZigBee.
Márcio Evaristo da C. Brito é graduado em Eng.
Elétrica e especialização em Gestão e Controle
Ambiental pela Universidade de Pernambuco (1999 e
2006, respectivamente) e mestrado em Engenharia
Elétrica pela UFPE (2011). Atualmente trabalha para
obter o grau de doutor e é Engenheiro da CELPE,
possui experiência na área de Eng. Elétrica, atuando
principalmente nos seguintes temas: Qualidade da
Energia, Restaurador Dinâmico de Tensão,
Afundamento de Tensão.
V. CONCLUSÕES
Este artigo descreve o projeto de SMB que operará
associado ao sistema de comunicação de uma subestação. A
SMB será capaz de monitorar o estado atual do conjunto de
células de baterias VRLA, alarmando o sistema de automação
da CELPE não só quando uma condição operacional de
tensão, temperatura e corrente estiver fora dos valores típicos,
mas também alertando a necessidade de troca de células ou
conjunto de células de bateria da subestação.
Pretende-se, inicialmente, instalar dois protótipos do SMB
em subestações da CELPE com características físicas e
dimensionais diferentes com o intuito de oferecer subsídios
para a construção do projeto final.
A presença do SMB em uma subestação proporcionará
benefícios ambientais e econômicos, relacionados à redução
dos descartes das baterias com o aumento da vida útil das
mesmas, diminuição nos custos de manutenção e uma maior
confiabilidade do sistema elétrico.
Fabrício Bradaschia nasceu em São Paulo, Brasil,
em 1983. Ele recebeu os títulos de Bacharel e Mestre
em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de
Pernambuco, Recife, Brasil, em 2006 e 2008,
respectivamente, onde está trabalhando para obter o
título de Doutor. Seus interesses de pesquisa são
conversores fonte Z, técnicas de PWM, sistemas de
energias renováveis e métodos de sincronização com
a rede.
Gustavo M. de S. Azevedo possui graduação (20012005), mestrado (2006-2007) e doutorado (20072011) em Engenharia Elétrica, pela Universidade
Federal de Pernambuco. Atualmente é professor
substituto do Departamento de Engenharia Elétrica na
UFPE. Tem experiência na área de Engenharia
Elétrica, atuando principalmente nos seguintes temas:
microrredes, geração distribuída, energias renováveis,
sistemas fotovoltaicos e qualidade de energia.
VI. REFERÊNCIAS B IBLIOGRÁFICAS
[1]
Acumulador Chumbo-Ácido Estacionário Regulado por Válvula Ensaios, ABNT Std. NBR 14205, 2002.
[2] IEEE Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Rep. of
Valve-Reg. Lead-Acid (VRLA) Batteries for Stationary Applications,
Std. 1188, 2005.
[3] P. E. R. Cardoso, “Estudos de Correlação de parâmetros elétricos
terminais com carac. de desempenho em baterias”, Dissertação de
Mestrado, UNICAMP - SP, 2005.
[4] A. R. Waters, et all “Monitoring the State of Health of VRLA Batteries
Through Ohmic Meas.”, in 19th INTELEC'97, Oct. 1997, pp. 675-680.
[5] D. M. Santana and V. L. M. D. Silva, Manual Técnico (Série 2V ), 3 ed.,
Newmax, São Paulo, June 2005.
[6] LM35 - Precision Centigrade Temperature Sensors, National Semicond.
Corporation, 2000, http://www.national.com/ds/LM/LM35.pdf
[7] Double Layer Capacitance for the Estimation of Battery Capacity,_ in
25th
InternationalTelecommunications
Energy
Conference
INTELEC'03, October 2003, pp.733-738.
[8] J. Axelson, Serial Port Complete: Programming and Circuits for RS-232
and RS-485 Links and Networks, 1st ed. Madison, USA: Lakeview
Research, 1998.
[9] Getting Started - USART: Using the USART in Asynchronous Mode,
Microchip Technology Inc., 2001.
[10] MAX232, MAX232I Dual EIA-232 Drivers/Receivers, 1st ed., Texas
Instruments, Texas, USA, March 2004.
Zanoni Dueire Lins é engenheiro eletricista formado
pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) em
1985, realizou o mestrado na área de sistemas elétricos
de potência na UFPE em 1992 e, doutorado em
engenharia elétrica, pela UNICAMP, em 2001, na área
de automação de máquinas elétricas. É professor do
Departamento de Engenharia Elétrica da UFPE desde
1993, onde desenvolve pesquisas na área de, eficiência
energética,
qualidade
de
energia,
sistemas
fotovoltaicos e distribuição de energia elétrica.
Marcelo Cabral Cavalcanti nasceu em Recife em
1972. Recebeu o grau de Engenheiro Eletricista em
1997 pela Universidade Federal de Pernambuco
(UFPE) e os graus de Mestre e Doutor em Engenharia
Elétrica pela Universidade Federal de Campina Grande
(UFCG) em 1999 e 2003, respectivamente. Desde
2005, é Professor Adjunto do Depto. de Engenharia
Elétrica na UFPE. Sua área de pesquisa é eletrônica de
potência aplicada a sistemas fotovoltaicos e qualidade
de energia, sendo co-autor de 19 periódicos.