Incorporação dos conceitos de Point-On-Wave para representação fasorial do sinal de corrente monitorado por meio de sensores ópticos

Abstract

As tecnologias de sensores em fibra óptica para supervisão, controle e proteção de Sistemas de Energia Elétrica visam desenvolver soluções de monitoramento baseadas em sensores passivos integrados a componentes das redes de energia de alta e extra alta tensão. Em decorrência da modularidade desta solução e da praticidade na coleta e armazenamento das grandezas elétricas, mecânicas, térmicas e ambientais observadas, é possível incorporar, no seio do desenvolvimento dos sensores ópticos, um sistema de representação fasorial atrelado ao sinal de corrente elétrica, atualmente observado por esta tecnologia. Neste contexto, os conceitos da medição POW (Point-On-Wave), a qual apresenta amostragem de sinais com taxas geralmente muito superiores a 60 amostras/segundo, podem ser explorados no contexto da medição sincronizada de fasores. Sendo assim, este trabalho tem como foco a representação fasorial do sinal de corrente monitorado por meio de um conjunto de instrumentos com tecnologia sensora em fibra óptica, visando ampliar a qualidade do sinal óptico adquirido com o objetivo de estabelecer uma medição sincronizada de fasores de alta resolução, na direção dos conceitos da medição POW. Para tanto, são discutidos métodos para capturar e recuperar o sinal de corrente obtido, através da tecnologia óptica, variando tipos de sensores e transdutores, e, a partir destes métodos, são discorridas avaliações realizadas com quatro cenários de testes, a fim de caracterizar e estimar a precisão dos componentes envolvidos no esquema do sensor óptico para o monitoramento de corrente elétrica. À vista disso, é possível avaliar, dentre os quatro cenários, o melhor para obter o fasor do sinal de corrente capturado com tecnologia de sensores em fibras ópticas. Os resultados obtidos através de procedimentos laboratoriais e simulações mostram um bom desempenho para medição do valor eficaz da corrente elétrica. Entretanto, para representação fasorial do sinal de corrente recuperado, os resultados indicam um índice elevado de ruído na medição. Dessa forma, realizando melhorias na qualidade dos fotodetectores, e incluindo etapas de pós- processamento, tem-se um potencial significativo para a aquisição, com qualidade e confiabilidade, do fasor do sinal de corrente monitorado, pavimentando o caminho para a medição POW.

Abstract: Fiber optic sensor technologies for supervision, control and protection of Electric Power Systems aim to develop monitoring solutions based on passive sensors integrated into high and extra high voltage power grid components. As a result of the modularity of this solution and the practicality in collecting and storing the observed electrical, mechanical, thermal and environmental quantities, it is possible to incorporate, within the development of optical sensors, a phasor representation system linked to the electric current signal, currently observed by this technology. In this context, the concepts of POW (Point-On-Wave) measurement, which features sampling rates generally much higher than 60 samples/second, can be explored in the context of synchronized phasor measurement. Therefore, this work focuses on the phasor representation of the current signal monitored by means of a set of instruments with optical fiber sensing technology, aiming to increase the quality of the acquired optical signal with the objective of establishing a synchronized measurement of high-frequency phasors resolution, in the direction of POW measurement concepts. For this purpose, methods are discussed to capture and recover the current signal obtained, through optical technology, varying types of sensors and transducers, and from these methods evaluations carried out with four test scenarios are discussed, in order to characterize and estimate the accuracy of the components involved in the optical sensor scheme for monitoring electric current. In view of this, it is possible to evaluate, among the four scenarios, the best one to obtain the phasor of the current signal captured with fiber optic sensor technology. The results obtained through laboratory procedures and simulations show a good performance for measuring the effective value of the electric current. However, for the phasor representation of the recovered current signal, the results indicate a high level of noise in the measurement. Thus, by making improvements in the quality of the photodetectors, and including post- processing steps, there is a significant potential for the acquisition, with quality and reliability, of the phasor of the monitored current signal, paving the way for POW measurement.