BRPI0718189A2 - Rede de comunicações de controle de sistema de energia elétrica - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REDE DE COMUNICAÇÕES DE CONTROLE DE SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRI- CA".

Antecedentes da Invenção A presente invenção refere-se, de uma maneira geral, a siste-

mas de energia elétrica e, mais especificamente, a sistemas e métodos para detectar, conduzir e controlar sistemas de transmissão e distribuição de e- nergia.

Os sistemas elétricos de geração e transmissão de média e alta voltagem apresentam aspectos complexos de uma perspectiva de supervi- são, manutenção e controle. O âmbito dessas redes e sistemas elétricos, tanto em termos do número de equipamentos e dispositivos interligados e das áreas geográficas cobertas pelos sistemas de transmissão e distribui- ção, pode ser enorme. A operação e controle eficientes dessas redes elétri- cas são básicos para minimizar as interrupções e racionamentos de energia para a quantificação dos consumos de clientes residenciais e comerciais, e/ou evitar condições falhas e danos associados ao sistema de energia e/ou equipamentos e dispositivos residenciais e comerciais conectados ao siste- ma de energia.

Até aqui, a capacidade das firmas de serviços de energia em

reduzir os racionamentos e interrupções de energia e impedir o dano associ- ado a falhas elétricas tem sido limitada pelas dificuldades na coleta de dados suficientes, necessários para determinar, em um local centralizado, as con- dições operacionais do sistema de energia nos pontos de interesse. As deci- sões de controle prudentes, a identificação de áreas e empresas problemáti- cas, e a localização e reparação de defeitos do sistema de energia é difícil, sem a coleta e a comunicação de dados adequadas para os centros de con- trole. Esquemas de controle mais efetivos para os sistemas de energia elé- trica são desejados. Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de energia elé- trica dotado com uma rede de comunicações de controle de acordo com a invenção.

A figura 2 ilustra esquematicamente uma parte do sistema de energia e da rede de comunicações mostrados na figura 1.

A figura 3 ilustra esquematicamente uma disposição de instala- ção exemplificativa da rede de comunicações para uma parte do sistema mostrada na figura 1. Descrição Detalhada da Invenção

Para uma consideração completa dos aspectos inventivos das concretizações exemplificativas da invenção descritos abaixo, a presente descrição vai ser segmentada em diferentes partes. Os sistemas de energia elétrica e os problemas associados na técnica são primeiramente discutidos na Parte I. Os métodos de comunicação de dados convencionais, usados para o controle dos sistemas de energia, são descritos na Parte II. As con- cretizações exemplificativas da invenção são descritas na Parte II. I. Introdução a sistemas de energia elétrica

Os sistemas de energia elétrica, operados por empresas de ser- viços elétricos e semelhantes, incluem, tipicamente, um grande número de transformadores, bancos de capacitores, reatores, motores, geradores e ou- tras grandes peças de equipamentos elétricos, freqüentemente interligados com dispositivos de cablagem e comutação, para conexão e desconexão do equipamento na rede. Os dispositivos de comutação podem ser operados manualmente no local dos dispositivos de comutação, automaticamente em resposta a instruções de comando, ou remotamente de um centro de contro- le ou estação operacional. Vários sensores são tipicamente utilizados para detectar as condições operacionais do equipamento e das linhas e compo- nentes de força conectados. Vários controladores, internos ou externos aos componentes de comutação ativos, são responsivos aos parâmetros elétri- cos detectados, para controlar o sistema, por conexão, desconexão e isola- mento de partes do conjunto de circuitos e dos dispositivos e equipamentos conectados de outras partes do conjunto de circuitos.

Além disso, o equipamento elétrico no sistema de energia é tipi- camente protegido de condições elétricas potencialmente perigosas na rede. Essas condições são algumas vezes referidas como condições de falha elé- trica, e podem incluir eventos, tais como condições de circuitos abertos, condições de curto-circuitos, condições de sobretensão e condições de so- brecarga. Os componentes protetores conectados ao circuito, incluindo, mas não limitados a, fusíveis, disjuntores, limitadores, para-raios e dispositivos de relês protetores, são elaborados para abrir e fechar rotas de circuito no sis- tema, em resposta às condições operacionais efetivas. Esses dispositivos protetores podem ser integrais aos dispositivos de comutação ou outros componentes, ou proporcionados separadamente dos dispositivos de comu- tação.

As manutenção e supervisão de redes de geração e transmissão de energia elétrica são desafiadoras em vários aspectos. Por exemplo, o número de equipamentos e dispositivos conectados à rede pode chegar fa- cilmente a centenas, e o número de diferentes tipos de equipamentos e dis- positivos no sistema de energia pode ser também significativo. A operação bem-sucedida de sistemas de energia elétrica é, naturalmente, dependente de detecção e medida precisas das condições operacionais e da transmis- são segura dos comandos e instruções de controle em todo o sistema.

À parte do número absoluto de dispositivos na rede e das dife- renças consideráveis nos propósito, função e estrutura entre os dispositivos, o sistema de energia pode ser espalhado por uma ampla área geográfica. Além disso, o sistema de energia pode ser, em parte, localizado em locais internos e externos, e pode ser, em parte, localizado acima ou abaixo da terra. Adicionalmente, vários tipos de isolamento podem ser utilizados, por exemplo, nos dispositivos de comutação, para abordas os aspectos de cen- telhação elétrica, na medida em que as conexões elétricas são feitas e des- feitas, incluindo, mas não limitados a, isolamento por ar, isolamento por gás dielétrico, e por outros líquidos ou fluidos. Alguns equipamentos e dispositi- vos são alojados em fechamentos protetores, enquanto outros são expostos. O estabelecimento de sistemas de detecção e controle efetivos, para supe- rar tal diversidade em localização geográfica, condições locais para os equi- pamentos e dispositivos a serem detectados, e as condições operacionais variáveis entre os equipamentos e dispositivos detectados no sistema de energia, é difícil.

Finalmente, os sistemas de energia elétrica, operados por firmas de prestação de serviços, são freqüentemente uma colcha de retalhos de equipamentos e dispositivos de comutação relativamente novos e relativa- mente velhos. Os sistemas de energia elétrica são propensos à modificação e expansão significativas, na medida em que a demanda para energia elétri- ca aumenta, bem como durante reparo e manutenção de infraestrutura exis- tente, resultando em um equipamento mais novo sendo conectado a siste- mas de energia existentes, tendo equipamentos e dispositivos muito mais velhos. A coordenação das necessidades de controle dos dispositivos mais velhos e dos dispositivos mais novos, de um modo efetivo, apresenta ainda outros desafios.

Uma dificuldade básica até hoje tem sido como proporcionar, eficientemente, dados e informações detectados a um local central, para uso por uma empresa de serviços públicos de eletricidade, para conduzir o sis- tema de energia, e também como proporcionar a capacidade de controlar remotamente os dispositivos na rede, em uma maneira efetiva em custo. II. Esquemas de comunicação de controle convencionais A comunicação de dados, se dados detectados relativos às con-

dições operacionais do sistema de energia ou dados de controle, incluindo os comandos e instruções executáveis no sistema de energia, tem sido a- bordada convencionalmente de vários modos.

Um esquema de comunicação convencional envolve dispositivos comunicando em uma base ponto a ponto. Isto é, cada dispositivo no es- quema de comunicação se comunica com um dispositivo par compatível noutro lugar no sistema de energia, e as mensagens de dados são transmiti- das, por uma cadeia de dispositivos pares compatíveis, a um controlador ou operador ou um centro de controle de serviços públicos centralizado. A ope- ração satisfatória desses sistemas, no entanto, é dependente de um número adequado de dispositivos pares e do posicionamento estratégico dos mes- mos no sistema. A introdução de um número adequado desses dispositivos pares em um grande sistema elétrico e a otimização da localização deles no sistema podem ser indesejavelmente caras. Esses sistemas podem ser tam- bém afetados adversamente pela falha de um único dispositivo, que inter- rompe a cadeia de comunicação. Também, aspectos de compatibilidade po- dem existir entre os diferentes tipos de dispositivos ou entre os dispositivos mais velhos e os mais novos, de modo que o estabelecimento de um proto- colo de comunicações consistente e seguro, usando dispositivos pares, é difícil. Pelo menos por essas razões, os sistemas de comunicação ponto a ponto são de difícil implementação e não resolveram, adequadamente, os difíceis problemas de comunicação na técnica.

Técnicas de comunicação celular móvel usando comunicações via rádio de longo alcance, telemétricas e comando móvel por comunicação usando métodos de comunicação via rádio padrão também têm sido utiliza- dos convencionalmente para fins de coleta e armazenamento de dados em sistemas de energia elétrica. Ainda que essas técnicas possam ser altamen- te seguras para algumas partes de sistemas de energia e para dispositivos selecionados, a implementação delas em uma escala mais ampla é proble- mática. Os custos de equipamentos, mão-de-obra e infraestrutura, associa- dos com esses esquemas, podem ser significativos. Também, os dados co- Ietados devem ser ainda processados e coordenados com outros dados, em um centro de controle ou em um outro local central, para ser de qualquer uso real para operadores do sistema de energia. A transmissão, o carregamento ou de outro modo a comunicação de dados de diferentes fontes a um centro de controle de serviços públicos central, e os retardos associados em rece- ber e processar os dados no centro de controle podem comprometer a capa- cidade de controlar antecipadamente o sistema de energia. Uma solução mais universalmente aplicável e mais conveniente é desejada.

Os dados detectados e as comunicações de controle também foram propostos para a transmissão de dados por conexões no estado sóli- do, sistemas ópticos, sistemas de telefonia, sistema de faixa ampla por linha de energia (BPL) e sistemas portadores de linhas de energia (PLC). Essas técnicas, no entanto, requerem a ligação ponto a ponto e não são de custo efetivo para a implementação em um sistema de energia tendo um grande número de sensores distribuídos por uma área ampla.

Os sistemas de tecnologia de interconexão entre dispositivos sem fio ("Wi-Fi"), que opera por uso do padrão IEEE 802.11, os sistemas de comunicação digitais sem fio WiMax1 os sistemas de transceptores de rádio e vários outros métodos de comunicação são também conhecidos. Um des- ses sistemas permite que um sensor se comunique sem fio a um controle, que, por sua vez, comunica as informações do sensor, por um rádio de longo alcance, a um serviço na rede, no qual o assinante pode registrar-se para receber as informações do sensor. Ainda outro sistema conhecidos propicia até doze dispositivos para serem ligados fisicamente a uma caixa de contro- le, proporcionada com um rádio de curto alcance, de modo que um usuário pode comandar a caixa de controle e interrogar as informações do sensor. O custo da implementação desses esquemas de comunicação sem fio para todos os sensores, em um sistema de energia de serviços públicos, vai ser proibitivo, na maior parte dos casos, com a tecnologia atualmente emprega- da.

III. Concretizações exemplificativas da invenção

As redes de comunicação de controle altamente seguras e alta- mente flexíveis são descritas no presente relatório descritivo, sendo facil- mente adaptáveis às redes de sistemas de energia existentes a um custo reduzido, relativo aos métodos de comunicação existentes. As redes de co- municação da invenção são também aplicáveis universalmente a diferentes tipos de dispositivos e equipamentos, e podem ser usadas em localizações, sítios e condições operacionais consideravelmente variáveis em um sistema de energia. As redes de comunicação da invenção também acomodam ex- pansão e modificação futuras do sistema de energia. Os dados podem ser coletados mais ou menos em tempo real por toda uma rede, a um custo ra- zoável.

A figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de energia elé-

trica exemplificativo 100, dotado com uma rede de comunicações de dados exemplificativa 102, de acordo com a invenção. O sistema de energia elétri- ca 100 é do tipo que é tipicamente construído, operado e mantido por uma firma ou companhia elétrica de serviços públicos de energia elétrica, por e- xemplo, que fornece energia elétrica em massa a uma ampla base de con- sumidores. Deve-se considerar, no entanto, que o sistema de energia 100 pode ser alternativamente construído para satisfazer as necessidades de energia de, por exemplo, uma instalação de fabricação ou industrial particu- lar, como é conhecido na técnica.

Como mostrado na figura 1, o sistema de energia pode incluir uma instalação geradora 103, um sistema de transmissão 104, uma subes- tação 106, um sistema de distribuição 108 e vários pontos de serviço / medi- ção 110A, 100B, 110C, 110D, para fornecer energia elétrica a consumidores residenciais ou comerciais. No caso de um sistema de energia autônomo, para uma instalação particular, os pontos de serviço / medição 11OA - D po- dem corresponder às cargas elétricas da instalação. A instalação geradora 103 pode incluir vários transformadores

elevadores fornecendo energia ao sistema de transmissão 104, para trans- missão em massa de energia com perdas reduzidas. O sistema de transmis- são 104 pode, portanto, transportar energia da instalação geradora 103, a uma alta voltagem, tipicamente, igual ou superior a 110 kV, para a subesta- ção 106. A subestação 106 inclui, tipicamente, transformadores redutores e assemelhados, fazendo a interface do sistema de energia 104 com o siste- ma de distribuição 108. Em virtude da subestação 106, o sistema de distribu- ição 108 distribui, tipicamente, energia a uma voltagem mais baixa, tipica- mente igual ou inferior a 33 kV, da subestação 106 para os pontos de aces- so de serviço / medição 110 na entrada de serviço da casa ou prédio dos consumidores de serviços públicos, ou no local das cargas elétricas conec- tadas ao sistema de energia 100. Transformadores redutores adicionais são tipicamente utilizados para proporcionar energia, a uma voltagem adequada, aos pontos de serviço / medição 110. A instalação geradora 103 é algumas vezes referida como uma

usina de energia ou estação de energia, embora a energia também possa ser gerada em outras instalações não energéticas, se desejado. Deve-se também entender que, em algumas concretizações, um gerador de reserva ou um suprimento de energia de reserva pode corresponder à "instalação geradora" mostrada na figura 1. A energia elétrica pode ser gerada na insta- lação geradora 103 de uma maneira conhecida, incluindo, mas não limitado a, uma ou mais técnicas de geração de energia utilizando petróleo, gás natu- ral e carvão, bem como técnicas alternativas, tais como a geração de ener- gia hidrelétrica, geração de energia nuclear, energia solar, aproveitamento de marés, geradores de vento e métodos geotérmicos. Outras técnicas de geração de energia podem ser igualmente utilizadas em outras e/ou concre- tizações alternativas.

Em uma concretização alternativa, a instalação geradora 103 proporciona energia elétrica de corrente alternada (CA) trifásica, que pode ser transmitida por grandes distâncias, a um baixo custo, pelo sistema de transmissão 104. Em outra concretização, energia CA de fase única ou poli- fásico pode ser proporcionada. Ainda mais, energia elétrica de corrente con- tínua (CD) pode ser proporcionada pela instalação geradora 103, embora a transmissão de energia CD seja conhecida por ser mais cara do que para a energia elétrica CA.

Ainda que representado em forma simplificada na figura 1, o sis- tema de energia 100 pode incluir mais de uma instalação geradora 103, ali- mentando o mesmo ou diferentes sistemas de transmissão 104. Igualmente, cada sistema de transmissão 104 pode alimentar subestações 106 múltiplas, que, por sua vez, alimentam energia ao mesmo ou a diferentes sistemas de distribuição 108. Cada sistema de distribuição 108 pode alimentar centenas ou milhares de pontos de serviço / medição 110. O alcance do sistema de energia 100 pode ser, portanto, amplo. O sistema de transmissão 104 e o sistema de distribuição 108 podem varrer grandes distâncias em todas as direções, para cobrir vastas áreas geográficas, e podem ser localizados em parte acima do solo, por meio de linhas de energia aéreas, e em parte abai- xo do solo, por meio de cabos enterrados, linhas subterrâneas, etc. O siste- ma de transmissão 104 e o sistema de distribuição 108 são algumas vezes referidos como uma grade de energia. Cada um dos sistema de transmissão 104 e sistema de distribui- ção 108 pode ser uma rede de circuitos elétricos, incluindo cablagem, equi- pamento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores, bem como dispositivos de detecção 112A-E e 114A-E, para detectar ou controlar o fluxo de energia em partes da rede. Como usado no presente relatório descritivo, "cablagem" se refere a linhas condutoras e cabos isolados e não, conectan- do uma parte do sistema de energia 100 à outra. "Equipamento" se refere a transformadores, bancos de capacitores, reatores, motores, geradores e ou- tras peças grandes de equipamento elétrico. "Dispositivos de comutação" se referem a sistemas de desligamento, mecanismos de comutação e meca- nismos de distribuição, incluindo, mas não limitados a, mecanismos de dis- tribuição montados em bloco ou subterrâneos tendo, por exemplo, um fe- chamento ou recipiente que aloja isoladores de passagem, isolamento, um sistema de barras coletoras, ou mais elementos de comutação ativos e iso- Iadores de passagem para fornecer conexões em linha e de carga. O meca- nismo de distribuição pode ser dotado com isolamento dielétrico sólido, iso- lamento dielétrico gasoso ou isolamento dielétrico gasoso, como é conheci- do na técnica. "Dispositivos protetores" se referem a componentes ativos e passivos, tais como relês protetores, fusíveis, disjuntores, limitadores, inter- ruptores, para-raios de surto e semelhantes, que proporcionam um ou mais de proteção de sobrecarga, proteção de sobretensão, proteção de curto- circuito, proteção de circuito aberto, e semelhantes aos circuitos elétricos. Os dispositivos protetores podem ser integrados aos dispositivos de comuta- ção e/ou podem ser proporcionados separadamente. Alguns dispositivos protetores podem ser igualmente usados além de qualquer dispositivo de comutação.

Os dispositivos de detecção 112 e 114 podem ser, por exemplo, sensores de corrente, sensores de voltagem, sensores de temperatura ou outros sensores conhecidos, que podem ser usados para detectar um parâ- metro elétrico do sistema de transmissão 104 e do sistema de distribuição 108, em operação. Com base nas condições detectadas pelos dispositivos de detecção 112 e 114, as decisões de controle podem ser feitas para abrir ou fechar partes do sistema de transmissão ou distribuição, otimizar os sis- temas de transmissão ou distribuição e identificar e diagnosticar partes pro- blemáticas dos sistemas de transmissão e distribuição. Um tipo comumente usado de dispositivo detecção ou medida 112 ou 114 em sistemas de ener- gia existentes é um transformador de corrente. Outro dispositivo de detecção ou medida 112, 114, que é muito promissor para sistemas de energia elétri- ca, é uma bobina Rogowski. Os detalhes relativos à operação de transfor- madores de corrente e operação de construção de bobina Rogowski é o pe- dido de patente do mesmo requerente U.S. 11/400.087, depositado em 7 de abril de 2006 e intitulado "Protective Relay Device, System, and Methods for Rogowski Coil Sensors", cuja descrição integral é aqui incorporada por refe- rência.

Ainda que os transformadores de corrente e as bobinas Ro- gowski sejam especificamente indicados para uso como os dispositivos de detecção 112 ou 114, considera-se que outros tipos de sensores possam ser utilizados em outras concretizações. Vários outros parâmetros de equipa- mentos podem ser detectados, examinados, manipulados e registrados pe- los dispositivos de detecção 112 ou 114, incluindo os valores do fator de po- tência, os valores de velocidade do vento, os níveis de líquido, o teor e a pressão de gás dissolvido, e as posição e localização do equipamento no sistema. Naturalmente, ainda outros parâmetros podem ser percebidos e detectados, sozinhos ou em combinação com os parâmetros listados acima.

Os dispositivos de detecção 112 e/ou 114 podem ser proporcio- nados no local do equipamento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores nos sistemas de transmissão e distribuição 104 e 108, ou, alterna- tivamente, podem ser proporcionados em locais a montante ou a jusante do equipamento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores, como de- sejado. Os dispositivos de detecção 112 e 114 podem monitorar, diretamen- te, o equipamento, os dispositivos de comutação e os dispositivos proteto- res, ou pode monitorar, alternativamente, a cablagem associada com o equi- pamento de comutação, os dispositivos de comutação e os dispositivos pro- tetores. A localização dos dispositivos de detecção 112e114no sistema de energia 100 é algumas vezes referida como um nó de detecção, e é de- sejável que comunique os dados e informações detectados, proporcionados pelos dispositivos de detecção 112 e 114, a um local ou centro de controle central 116. O centro de controle central 116 pode ser, por exemplo, um es- critório central de uma empresa de serviços públicos em energia elétrica, no qual um operador pode visualizar as informações ou controlar, remotamente, o equipamento, os dispositivos de comutação e os dispositivos protetores na rede do sistema de transmissão 104 ou do sistema de distribuição 108. Al- ternativamente, o centro de controle central 116 pode estar fisicamente pre- sente em uma ou próximo de uma ou mais subestações 106 no sistema de energia 100, ou mesmo em qualquer outro lugar, se desejado.

Pode ser também desejável, em alguns casos, comunicar os dados e as informações para os e dos dispositivos 112e114a um centro de controle móvel 118, além, ou em lugar, do local de controle central 116. Por exemplo, pode ser desejável comunicar as informações históricas de esta- dos e eventos do local de controle central 116 para o lugar dos dispositivos de detecção, e de equipamento, dispositivos de comutação e protetores afe- tados, para uso por técnicos e pessoal de manutenção em linha das redes, e isso pode ser feito pelo centro de controle móvel 118. O centro de controle móvel 118 é uma concretização ilustrativa, pode ser um sistema computado- rizado móvel conduzido em um veículo, por exemplo, para os locais de inte- resse no sistema. Alternativamente, o centro de controle móvel 118 pode ser um dispositivo portátil, incluindo, mas não limitado a, dispositivo à base de processador de mão conduzido para o local pelo usuário. O centro de con- trole móvel 118 pode também incluir itens de recebimento e interrogação sem fio, por exemplo, para comunicação direta com os dispositivos de de- tecção 112 e 114 de interesse.

Muitos dos dispositivos de detecção 112 e 114 podem ser dispo- sitivos eletrônicos à base de processadores, inteiramente capazes de reunir e armazenar informações e dados para uso pela empresa de serviços públi- cos. O desafio é, naturalmente, comunicar eficientemente dados e informa- * ções dos dispositivos 112 e 114 para o local de controle central 116, e do local de controle central 116 para os dispositivos 112 e 114, de um modo efetivo em custo e seguro.

Em uma concretização exemplificativa da invenção, a comunica- ção entre os dispositivos de detecção 112 e 114 e os centros de controle 116e118é acomodada por uma rede de comunicações em malha 102, que é espalhada no sistema de transmissão 104 e no sistema de distribuição 108. A rede de comunicações de controle, como explicado abaixo, facilita a comunicação dos sinais de monitoramente, correspondentes às condições percebidas ou detectadas do sistema de transmissão 104 e do sistema de distribuição 108, bem como os sinais de controle correspondentes às entra- das e instruções de controle para os dispositivos ativos e equipamento no sistema de transmissão 104 e no sistema de distribuição 108, para operar a rede por rotas de circuitos de abertura, fechamento e interrupção, para isolar partes do conjunto de circuitos e operar e controlar os sistemas de transmis- são e distribuição 104 e 108.

Com referência agora à figura 2, o sistema de transmissão 104 é ilustrado esquematicamente com uma parte da rede de comunicações 102. A rede de comunicações 102 inclui vários dispositivos de comunicação de sensor sem fio 120A, 120B, 120C, 120D e 120E, associados, respectiva- mente, com os dispositivos de detecção 112A, 112B, 112C, 112D e 112E. Vários dispositivos de comunicação de controle sem fio 122A, 122B, 122C e 122D são proporcionados separadamente dos dispositivos 120A, 120B, 120C, 120D e 120E, e proporcionam rotas de comunicação sem fio a um dispositivo coletor e de condicionamento de sinal, algumas vezes referido como um dispositivo de porta de entrada 124.

O sistema de distribuição 108 é também ilustrado esquematica- mente na figura 2, com uma parte da rede de comunicações 102. A rede de comunicações 102 inclui vários dispositivos de comunicação de sensor sem fio 126A, 126B, 126C, 126D e 126E, associados, respectivamente, com os dispositivos de detecção 114A, 114B, 114C, 114D e 116E. Vários dispositi- vos de comunicação de controle de sensor 128A, 128B, 128C e 128D são proporcionados separadamente dos dispositivos 126A, 126B, 126C, 126D e 126E e também proporcionam rotas de comunicação para o dispositivo de porta de entrada 124.

Quando assim implementados os dispositivos de comunicação de sensor sem fio 120 e 126 transmitem ou difundem os sinais correspon- dentes aos dados e às informações detectados dos dispositivos de detecção 112 e 114, tais como as leituras de corrente em uma concretização, aos dis- positivos de comunicação de controle 122 e 128 em todos os respectivos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica 104 e 108. Os sinais difundidos dos dispositivos de comunicação de sensor 120 e 126 são recebidos pelos dispositivos de comunicação de controle 122 e 128 e difun- didos de novo para outros dispositivos de comunicação de controle 122 e 128, nos respectivos sistemas de transmissão e distribuição 104 e 108. Os dispositivos de comunicação de controle 122 e 128 podem ser dispostos em uma rede em malha, com um ou mais dos dispositivos de comunicação de controle 122 e 128 localizados na faixa de sinais de qualquer dispositivo de comunicação de sensor 120 ou 126.

Em uma concretização exemplificativa, os dispositivos de comu- nicação de sensor 120 e 126 podem ser transmissores ou transceptores sem fio de curto alcance, de custo relativamente baixo, que recebem, respecti- vamente, um sinal de entrada correspondente a uma saída dos dispositivos de detecção 112 e 114. Os sinais de entrada dos dispositivos de detecção 112 e 114 são então transmitidos ou difundidos sem fio por meio de sinais de radiofreqüência (RF), por exemplo, aos dispositivos de comunicação de controle 122 e 128. Igualmente, os dispositivos de comunicação 122 e 128 podem ser também transmissores ou transceptores de curto alcance, de custo relativamente baixo, que recebem sinais difundidos dos dispositivos de detecção 120 e 126, e depois difusão dos sinais recebidos para outros dis- positivos de comunicação de controle 122 e 128 na rede em malha. Os transmissores e transceptores podem ser dispositivos energizados por bate- ria, ou podem receber energia de uma fonte de energia separada.

A localização dos dispositivos de detecção 112e114e dos seus dispositivos de comunicação 120 e 126 associados podem ser considerados nós de sensores, e a localização dos dispositivos de comunicação 122 e 128 pode ser considerada nós de comunicação. Por posicionamento estratégico dos nós de comunicação em torno dos nós de sensores, e colocando em cada um deles dispositivos de detecção e dispositivos de comunicação, uma rede de comunicações ainda mais altamente adaptável de baixo custo 102 é obtida. Adicionalmente, a rede de comunicações tem uma grande capacida- de de escalonamento para acomodar o grande número de dispositivos de detecção, necessários para cobrir todos o sistema de transmissão de ener- gia 104 e o sistema de distribuição de energia 108.

A comunicação por radiofreqüência permite, por exemplo, a co- municação efetiva entre dispositivos internos e externos, entre e em meio de dispositivos acima da terra e subterrâneos, e mesmo entre dispositivos imer- sos em fluidos dielétricos e semelhantes, desde que as limitações das faixas dos sinais dos transmissores e transceptores não sejam excedidas. Conside- ra-se também que as modificações de estruturas de antenas de alguns dos transmissores e receptores possam ser aconselháveis para certa instalação embaixo da terra ou subterrâneas, ou instalações imersas em líquidos.

A figura 3 ilustra esquematicamente uma disposição de instala- ção exemplificativa da rede de comunicações para o sistema de transmissão de energia elétrica 104 ou o sistema de distribuição 108 mostrado na figura 1.

Como mostrado na figura 3, vários nós de sensores 150 são dis- postos em torno de um cabo ou linha de força 152 (mostrado em linha trace- jada na figura 3), que pode ser uma linha de transmissão ou uma linha de distribuição. Cada nó de sensor 150 corresponde a um dos dispositivos de detecção 112 e 114, e cada nó de sensor 150 detecta, mede ou monitora um estado operacional de equipamento, dispositivos de comutação e/ou disposi- tivos protetores conectados à linha de força, ou, alternativamente, monitora a própria linha de força com detecção de corrente e assemelhados. Isto é, os nós de sensores 150 monitoram uma ou mais características operacionais locais do sistema de energia, nos seus locais de conexões. Os nós de comunicação de sensores 154 são proporcionados próximos a cada dos nós de sensores 150, em uma concretização exemplifi- cativa, e cada um dos nós de comunicação de sensores 154 pode corres- ponder aos dispositivos de comunicação de sensores 120 e 126 mostrados na figura 2. Os nós de comunicação de sensores 154 podem ser integrados ou embutidos aos nós de sensores 150, ou podem ser proporcionados sepa- radamente dos nós de sensores 150. Os nós de comunicação de sensores 154 podem ser montados em postes da empresa de serviços públicos, por exemplo, ou podem ser proporcionados alternativamente acima do solo em outra estrutura de suporte, na superfície do solo ou no solo em várias insta- lações. Ainda que uma correlação de um a um dos nós de sensores 150 pa- ra os nós de comunicação de sensores 154 seja ilustrada na figura 3, consi- dera-se que os nós de sensores 150, que são localizados fisicamente próxi- mos entre si, possam compartilhar um nó de comunicação de sensor 154, se desejado.

Os nós de comunicação de controle 156 são dispostos em torno e espalhados com os nós de comunicação de sensores 154, e são dispostos em uma rede em malha, proporcionando múltiplas rotas de comunicação sem fio, marcadas com A a Q no exemplo da figura 3, entre os nós de co- municação de sensores 154 e os nós de comunicação de controle 156, entre os diferentes nós de comunicação 156, e dos nós de comunicação 156 para o coletor de sinais ou dispositivo de porta de entrada 124. Os sinais de difu- são dos nós de sensores 150 são consequentemente transmitidos por e em meio dos nós de comunicação de sensores 154 e dos nós de comunicação de controle 156. Em virtude das rotas múltiplas e redundantes entre os nós de sensores 154 e 156, os sinais podem ser transmitidos com segurança pela rede de comunicações para o dispositivo de porta de entrada 124, mesmo se alguns dos nós de comunicação 156 falharem. Muitas diferentes topologias de malha são conhecidas e podem ser empregadas, incluindo, mas não limitadas a, configurações em estrela, configurações em anel, con- figurações em nuvem, configurações lineares e semelhantes. A rede em ma- lha pode ser baseada algoritmicamente e configurada para satisfazer as ne- cessidades específicas para as instalações específicas. A rede em malha pode ser também de autoconfiguração e de autocorreção com a capacidade de autorroteamento e rerroteamento, e é, portanto, facilmente adaptável e receptiva à adição e subtração de nós de comunicação 156.

Os nós de comunicação de controle 156 podem ser proporcio-

nados em locais espaçados dos nós de comunicação de sensores 154, e podem ser montados em postos de empresas públicas, por exemplo, ou po- dem ser proporcionadas alternativamente acima do solo em outra estrutura de suporte, na superfície do solo ou no solo em várias instalações. O espa- çamento dos nós de comunicação de controle 156 e os nós de comunicação de sensores 154 é basicamente dependente da faixa de sinais dos transmis- sores e receptores utilizados, da freqüência efetiva selecionada para a co- municação, e do meio físico ambiente dos nós 154 e 156. Por exemplo, os nós 154 e 156 em instalações acima do solo, que são geralmente isentas de quaisquer obstruções ou impedimento, podem ser espaçados ainda mais entre si do que as instalações na superfície da terra ou abaixo da superfície do solo. Ainda que a comunicação por radiofreqüência seja vantajosa de uma perspectiva de custo, considera-se que outras tecnologias de comuni- cação sem fio podem ser usadas em outras e/ou concretizações alternativas da invenção.

As técnicas de transmissão de processamento de sinal digital, utilizando pacotes de dados codificados, pode ser empregada pelos nós de comunicação 154 e 156, para transportar os sinais, incluindo vários dados e informações de interesse para uma ampla gama de dispositivos. Isto é, o protocolo de comunicações pode ser um protocolo orientado por byte, tendo múltiplos bits representativos de informações de interesse. Os dados codifi- cados e os bits de informações usados para gerar os pacotes de dados para os sinais transmitidos podem incluir identificadores de rádio únicos corres- pondentes a cada um dos nós de sensores 154 no sistema de energia, nú- meros de série para o equipamento e os dispositivos monitorados pelos nós de sensores, os códigos dos tipos de dispositivos para o equipamento e os dispositivos monitorados, um código de local para cada nó de sensor, ende- reços sem fio para os nós de comunicação de controle no sistema de trans- missão de sinais, períodos de tempo / datas, um código de revisão de soft- ware para o software de aplicação, um código de revisão de hardware para o dispositivo de porta de entrada, uma contagem de pacote de dados para uma mensagem de chegada, uma contagem de erro para pacotes e mensa- gens de dados de chegada, e códigos de erro para diferentes condições de erro para os nós de sensores, os nós de comunicação de controle no siste- ma de transmissão de sinais, e/ou as condições de erro no centro de contro- le. Os identificadores de consumidores e as informações de contato para os operadores e o pessoal de manutenção, em resposta a condições detecta- das de alerta ou alarme, também podem ser codificados nos sinais.

Ainda que alguns códigos de mensagens exemplificativos te- nham sido descritos, deve-se entender que outros tipos de códigos, informa- ções e dados, representativos da operação do sistema de energia 100, po- dem ser incluídos em concretizações alternativas, e reconhece-se também que menos do que todos os bits e códigos de protocolos exemplificativos podem ser usados em outras concretizações. A implementação dos protoco- los de mensagem pode ser proporcionada convencionalmente e não é des- crita especificamente em mais detalhes no presente relatório descritivo. Os nós de comunicação 156 são algumas vezes referidos como

elementos repetidores / roteadores, e os sinais de dados são transmitidos entre os nós de comunicação 156, em uma maneira recomendada para o dispositivo de porta de entrada 124. Em uma outra concretização, um ou mais nós de comunicação de controle 154 podem se comunicar diretamente com o dispositivo de porta de entrada 124, dependendo da faixa de sinais dos nós de comunicação e da proximidade do dispositivo de porta de entra- da 124.

Os pacotes de dados podem ser periodicamente transmitidos dos nós de comunicação de sensores 154, e os pacotes de dados podem ser transmitidos repetidamente dentro de períodos de tempo específicos, para garantir que os pacotes de dados sejam completamente recebidos, processados e opcionalmente acusados pelo dispositivo de porta de entrada 124. A transmissão repetida de sinais de dados evita a colisão de sinais, quando mais de um dos protetores de circuito opera aproximadamente ao mesmo tempo. Também, os nós de comunicação 156 podem adicionar um código de roteamento, um período de tempo ou outras informações para o pacote de dados, de modo que o sistema de comunicação e as rotas de si- nais entre os nós de comunicação de sensores 154 e os nós de comunica- ção de controle 156 possam ser monitorados.

O dispositivo de porta de entrada 124 coleta os sinais de dados dos nós de comunicação e comunica os sinais de dados na mesma ou em uma forma diferente para os centros de controle 116 e 118, para processa- mento. O dispositivo de porta de entrada 124 pode ser um sistema servidor de computador baseado em rede, um computador pessoal, uma estação de trabalho de computador, um controlador de lógica programável ou outro con- trolador eletrônico, um dispositivo portátil à base de processador ou outro dispositivo eletrônico ou equivalente dele, que pode receber, condicionar, processar ou interpretar sinais dos nós de comunicação 156, e comunica os sinais para os centros de controle 116, 118.

A comunicação entre o dispositivo de porta de entrada 124 e os centros de controle 116, 118 pode utilizar esquemas de comunicação de longo alcance, tais como transmissão por fibra óptica, sistemas de banda larga por linha de força, sistemas WiMAX, sistemas WiFi, conexões Ether- net, comunicações via satélite, e assemelhados.

O dispositivo de porta de entrada 124 pode executar algoritmos de redução de dados, para processamento de transmissões de sinais dos nós de comunicação de controle 156, antes de comunicação com os centros de controle 116 e 118. Por exemplo, o dispositivo de porta de entrada 124 pode filtrar os sinais de dados de chegada e identificar as transmissões de sinais duplicados que podem ocorrer, por exemplo, quando mais de um dos nós de comunicação 156 transmite o mesmo sinal para o dispositivo de porta de entrada 124, ou como outro exemplo, quando o mesmo nó de detecção 150 sinaliza os nós de comunicação 156 mais de uma vez, para evitar, por exemplo, colisão de sinais de dados. Os sinais duplicados podem ser des- cartados ou eliminados pelo dispositivo de porta de entrada 124, antes da comunicação dos sinais para o centro de controle 116 ou 118.

Os algoritmos de redução de dados, executados pelo dispositivo de porta de entrada 124, podem também reduzir ou eliminar as informações dos sinais de dados que não são necessários para a funcionalidade do cen- tro de controle. Por exemplo, as informações de protocolos de envio de mensagens pertinentes à transmissão de radiofreqüência dos sinais de da- dos na rede 102, mas não pertinentes para a comunicação por porta de en- trada para os centros de controle 116, 118 podem ser retiradas, eliminadas ou apagadas dos sinais de dados, antes da transmissão para os centros de controle 116, 118.

O dispositivo de porta de entrada 124 pode também executar algoritmos de autenticação, verificação ou segurança, para garantir a integri- dade dos sinais dos nós de comunicação, bem como executar procedimen- tos diagnósticos, de teste e reparadores de defeitos, para garantir a instala- ção e a operação adequadas dos nós de sensores 150 e dos nós de comu- nicação 154 e 156.

Os sinais comunicados do dispositivo de porta de entrada 124 podem ser recebidos nos centros de controle 116 e 118, onde podem ser processados, decodificados ou interpretados usando hardware e software adequados. Exibições interativas, acionadas por menu e gráficas podem ser apresentadas ao usuário na estação de controle, permitindo que o usuário tenha a capacidade de supervisionar todo o sistema de energia 100 em um tempo mais ou menos real, na medida em que as condições operacionais variam. O usuário ou operador do software pode ser instigado a tomar uma ação adequada, em resposta a eventos, alarmes e alertas detectados, que podem ser gerados automaticamente para pessoas adequadas, e certas a- ções protetoras podem ser conduzidas automaticamente pelo sistema de controle, em resposta à comunicação dos sensores. Várias condições de alarme e alerta podem ser proporcionadas e podem indicar: condições falhas nos sistemas de transmissão e distribuição 104 e 108; alarmes de limiar, quando condições predeterminadas de voltagem, corrente ou temperatura operacional ficam próximas; e alarmes de conjunto de circuitos abertos. As condições de alarme podem ser divididas em categorias e classificadas em termos de gravidade ou urgência para a resposta adequada pelos operado- res do sistema.

Adicionalmente, as informações e os registros de dados detec- tados podem ser considerados e gerados pelo dispositivo de porta de entra- da 124 e/ou pelos centros de controle 116, 116 como uma ferramenta útil para o controle antecipado do sistema de energia 100, para identificar os aspectos no sistema de energia 100 que são prováveis de provocar a opera- ção de um ou mais dos dispositivos protetores, para isolar partes do conjun- to de circuitos, ou que são prováveis de provocar falhas de equipamento de dispositivos de comutação. Por identificação dessas condições de antemão, etapas podem ser conduzidas para controlar e conduzir o sistema de energia 100, de um modo que impeça a ocorrência de falhas de energia.

Os vários algoritmos operacionais da funcionalidade do disposi- tivo de porta de entrada 124 e dos centros de controle 116 e 118 tendo sido então descritos, a programação do equipamento do dispositivo de porta de entrada e centro de controle, para operar da maneira descrita, pode ser pro- porcionada convencionalmente por aqueles versados nas técnicas de pro- gramação, sem explicação adicional.

Ainda que a invenção tenha sido até aqui descrita no contexto de uma única rede de comunicações, múltiplas redes de comunicações po- dem ser vantajosas para o lapso de manutenção e o controle do sistema de energia 100 (figura 1). As redes de comunicação podem ser redes autôno- mas, ou podem compartilhar os nós de comunicação com outras redes em malha, para aumentar a redundância e aperfeiçoar a confiabilidade do sis- tema. As redes podem ser classificadas, agrupadas ou subagrupadas dentro das mais amplas transmissão e distribuição, como desejado.

Por exemplo, os nós de comunicação de controle 156, em várias redes em malha, podem ser agrupados distintamente em áreas definidas do sistema de transmissão ou distribuição para comunicação de alcance curto, e podem comunicar informações dos nós de comunicação de sensores 150, nas respectivas redes, de volta para um local central 116 (figura 1) ou um centro de controle móvel 118 (figura 1), por meio de um dispositivo de porta de entrada de comunicação de maior alcance 124. Além disso, pode ser de- sejável proporcionar redes em malha que podem se comunicar entre si pelo dispositivo de porta de entrada de maior alcance 124, bem como com o cen- tro de controle central 116 ou centro de controle móvel 118. Redes em ma- lha de fim especial também podem ser criadas dentro do maior sistema de transmissão ou distribuição, para conduzir atribuições ou objetivos específi- cos, tal como o monitoramento de um tipo específico de equipamento ou de parâmetros específicos no sistema de transmissão ou distribuição. Essas redes em malha de fim especial podem se sobrepor, inteira ou parcialmente, com outras redes em malha, ou podem ser autônomas das outras redes em malha.

Em outras concretizações, proporcionar mais de um dispositivo de porta de entrada 124 pode ser desejável, para melhorar ainda mais as comunicações por redução do número de nós de comunicação necessários para atingir o dispositivo de porta de entrada 124, ou facilitar a comunicação entre as diferentes redes de comunicação. Quando são proporcionados múl- tiplos dispositivos de porta de entrada 124, alguns nós de comunicação 156 podem se comunicar seletivamente com alguns dos dispositivos de porta de entrada, mas não com outros. Isto é, portas de entrada para fins especiais podem ser proporcionadas, que coletam apenas certos tipos de mensagens e ignoram outras.

Os benefícios das redes de comunicação em malha dentro do sistema de energia 100 são numerosas. Os módulos de detecção 150 e/ou os nós de comunicação 156 podem ser ajustados aos equipamentos e dis- positivos existentes, e a ligação ponto a ponto cara é evitada por meio da comunicação sem fio. O dispositivo de porta de entrada 124 relativamente caro pode ser compartilhado por centenas de nós de comunicação, reduzin- do os custos globais dos equipamentos do sistema. Como mencionado aci- ma, os nós adicionais podem ser deixados comunicar-se com os nós dentro do seu próprio grupo de família, ou podem usar nós existentes para auxiliar na capacidade de ligação em malha da rede, provocando mais economias no custo.

A expansão da rede 102 pode ser feita por simples adição de um nó de sensor 150, nas proximidades de um nó de comunicação 154 e 156, ou por colocação de nós de comunicação de controle adicionais 156 na faixa de sinais de outros nós de comunicação 156. O total de nós pode ser rapi- damente expandido para acomodar o crescimento e as variações no sistema de energia 100 (figura 1). Independentemente da expansão ou modificação do sistema de energia 100, em vista do custo relativamente baixo dos nós de comunicação, mais nós de comunicação podem ser facilmente adicionados à rede, para monitorar pontos de interesse adicionais, se desejado.

A comunicação entre os nós 156 e o dispositivo de porta de en- trada 124 pode ser bidirecional, facilitando a transmissão de sinais de con- trole correspondentes às instruções de comando dos centros de controle 116 e 118 a um local específico, no sistema de transmissão ou distribuição 104, 108, tal como um comando de restauração ou variação, para completar um conjunto de circuitos abertos em partes do sistema. Dispositivos, tais como chaves, fusíveis, religadores, interruptores e semelhantes, podem ser opera- dos remotamente de uma tal maneira ser baseada em sinais detectados. Isso pode então expedir restauração do serviço ou reconfiguração do siste- ma, para aperfeiçoar a segurança do serviço, facilitando o controle de todo o sistema de energia 100, a partir de um local central.

Além do mais, o protocolo de comunicações é adaptável para comunicar virtualmente qualquer tipo de informações ou tipo de dados ao centro de controle, e decisões de controle podem ser tomadas com base nas informações comunicadas.

Como um exemplo, os nós de sensores 150 podem ser coloca- dos por todas as várias diferentes subdivisões residenciais em cada um dos transformadores montados em blocos. Os nós de sensores 150 podem mo- nitorar a corrente, ou qualquer outro parâmetro em cada transformador, e os nós de comunicação 154 e 156 podem transmitir ou de outro modo comuni- car um sinal de alerta, quando a corrente detectada excede um valor de pon- to de variação predeterminado. Os nós de sensores 150 e os nós de comu- nicação 154 e 156 podem também comunicar sinais conduzindo um aumen- to predeterminado na corrente detectada dentro de um período de tempo específico, uma perda detectada de voltagem, ou uma ocorrência de outros eventos de interesse. Os nós de comunicação de sensores 154 também in- cluem informações de localização para o nó de sensor 150, que detecta o evento de interesse no sinal difundido. As informações de localização podem incluir informações descritivas, coordenadas de mapas, ou coordenadas de sistema de posicionamento global (GPS). Usando essas informações de sensores e de mapeamento, o controlador do sistema para o sistema de e- nergia 100 pode enviar um operador, um técnico ou pessoal de manutenção para o local exato, no qual uma condição de falha ou um evento indesejável ocorreu. Por ligação a equipamento específico a uma base de dados de lo- calização no centro de controle, um operador pode ser enviado a um local específico com o equipamento necessário para fazer rapidamente os repa- ros. Isso vai reduzir bastante o tempo para reparar as seções falhas do sis- tema de energia 100 e restaurar a confiabilidade do serviço.

Todos os nós de comunicação da rede 154 e 156 e os grupos de nós podem ser programados com itens de segurança, para impedir acesso desautorizado à rede. As redes de sensores em malha sem fio podem ser implementadas com uma ampla gama de diferentes plataformas para uso em distribuição de energia. IV. Conclusão

Várias concretizações são descritas no presente relatório descri- tivo, nas quais se acredita que os benefícios da invenção são amplamente demonstrados.

Uma concretização de uma rede de comunicações para pelo menos um de um sistema de transmissão de energia elétrica e de um dispo- sitivo de porta de entrada de energia elétrica é descrita. A rede comunica pelo menos um dos sinais de monitoramento e dos sinais de controle para uma rede de circuitos elétricos, e a rede de comunicações compreende pelo menos um nó de sensor, que compreende: um dispositivo sensor configura- do para detectar uma condição operacional do sistema de transmissão ou do sistema de distribuição; pelo menos um nó de comunicação de sensor cor- respondente ao dispositivo sensor, o nó de comunicação de sensor configu- rado para transmitir um primeiro sinal sem fio, correspondente à condição operacional detectada; e pelo menos um nó de comunicação de controle proporcionado separadamente do nó de comunicação de sensor. O nó de comunicação de controle é configurado para receber o primeiro sinal sem fio, e transmitir um segundo sinal sem fio, correspondente ao primeiro sinal sem fio, e um dispositivo de porta de entrada é proporcionado em comunicação com o nó de comunicação de controle e recebendo o segundo sinal sem fio.

Opcionalmente, o dispositivo de detecção compreende um sen- sor de corrente. Uma pluralidade de nós de comunicação pode ser disposta em uma rede em malha, com a rede compreendendo rotas de sinais sem fio múltiplas e redundantes ao dispositivo de porta de entrada. A rede em malha pode ser autoconfiguradora e autocorretiva, com capacidade de autorrotea- mento e rerroteamento. Um centro de controle pode ficar em comunicação com o dispositivo de porta de entrada. Os nós de detecção podem compre- ender um transmissor de radiofreqüência.

Outra concretização de uma rede de comunicações para pelo menos um de um sistema de transmissão de energia elétrica e de um siste- ma de distribuição de energia elétrica é também descrita. A rede de comuni- cações de controle compreende: uma pluralidade de nós de sensores, cada nó de sensor compreendendo um dispositivo sensor, configurado para de- tectar uma condição operacional de pelo menos um de cablagem, equipa- mento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores no sistema de transmissão ou sistema de distribuição; uma pluralidade de nós de comuni- cação de sensores, os nós de comunicação de sensores correspondendo aos nós de sensores, cada um dos nós de comunicação de sensores sendo configurado para transmitir um primeiro sinal sem fio, correspondente à con- dição operacional detectada no local de cada nó de sensor; e uma pluralida- de de nós de comunicação de controle, proporcionados separadamente dos nós de comunicação de sensores, os nós de comunicação de controle confi- gurados para receber os sinais sem fio primários dos nós de comunicação de sensores, e transmitir um segundo sinal sem fio, correspondente aos si- nais recebidos; em que os nós de comunicação de controle são dispostos em uma rede em malha espalhada com os nós de comunicação de senso- res, a rede em malha estabelecendo rotas de sinais sem fio múltiplas e re- dundantes entre os nós de comunicação de controle.

Opcionalmente, a rede pode compreender ainda um dispositivo de porta de entrada, em comunicação com pelo menos um dos nós de co- municação de controle. Um centro de controle pode ficar em comunicação com o dispositivo de porta de entrada. Pelo menos um dos dispositivos de detecção pode compreender um sensor de corrente. Os nós de sensores podem compreender um transmissor de radiofreqüência. Os nós de comuni- cação de controle podem também compreender um transmissor de radiofre- qüência. A rede em malha pode ser autoconfiguradora e autocorretiva, com capacidade de autorroteamento e rerroteamento. Pelo menos um dos primei- ro e segundo sinais de dados pode compreender um sinal de radiofreqüên- cia digital. Os nós de comunicação de controle podem ser configurados para comunicação bidirecional com os nós de sensores, facilitando, desse modo, a transmissão dos sinais de monitoramento e dos sinais de controle para pelo menos um de cablagem, equipamento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores no sistema de transmissão ou sistema de distribuição.

Uma concretização de um sistema de energia elétrica é também descrita. O sistema de energia compreende uma instalação geradora; um sistema de transmissão recebendo energia de alta voltagem da instalação geradora, o sistema de transmissão compreendendo cablagem e pelo me- nos um de equipamento, um dispositivo de comutação e um dispositivo pro- tetor conectados à cablagem; um sistema de distribuição conectado ao sis- tema de transmissão e suprindo energia elétrica a uma pluralidade de pontos de serviço / medição, o sistema de distribuição compreendendo cablagem e pelo menos um de equipamento, um dispositivo de comutação e um disposi- tivo protetor conectados à cablagem; e pelo menos uma rede de comunica- ções de controle espalhada com um do sistema de transmissão e do sistema de distribuição. A rede de comunicações de controle compreende uma plura- lidade de nós de comunicação de sensores recebendo os dados de entrada correspondentes a uma condição elétrica detectada de pelo menos um de cablagem, equipamento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores no sistema de transmissão ou distribuição, os nós de sensores configurados para gerar um sinal sem fio, correspondente à condição elétrica detectada; e uma pluralidade de nós de comunicação de controle espaçados dos nós de comunicação de sensores; todos os nós de controle configurados para co- municação sem fio, e em que os nós de comunicação de controle definem rotas de comunicação sem fio múltiplas e redundantes, dos nós de comuni- cação de sensores a um local remoto. Os nós de comunicação de controle são dispostos em uma rede em malha, espaçada com os nós de comunica- ção de sensores, com a rede em malha estabelecendo rotas de sinais sem fio múltiplas e redundantes, entre os nós de comunicação de controle.

Opcionalmente, o sistema pode compreender ainda um disposi- tivo de porta de entrada, em comunicação com pelo menos um dos nós de comunicação de controle. Um centro de controle pode ficar em comunicação com o dispositivo de porta de entrada. Os dados de entrada podem corres- ponder às condições detectadas de corrente. Os nós de sensores podem compreender um transmissor de radiofreqüência. Os nós de comunicação de controle podem compreender um transmissor de radiofreqüência. A rede em malha pode ser autoconfiguradora e autocorretiva, com capacidade de autor- roteamento e rerroteamento. O sinal sem fio pode compreender um sinal de radiofreqüência digital. A rede de comunicações pode ser ainda configurada para comunicar sinais de controle, para operar um do sistema de transmis- são e do sistema de distribuição.

Outra concretização de um sistema de energia elétrica é descrito no presente relatório descritivo. O sistema compreende: um meio para gerar energia elétrica; um meio para transmitir a energia elétrica para um local di- ferente do meio de geração; um meio para distribuir a energia elétrica aos pontos de medição; um meio para detectar condições elétricas em pelo me- nos um do meio transmissor e meio distribuidor; um meio para difundir as condições elétricas detectadas; e um meio para comunicação das condição de difusão ao longo de uma ou de rotas de comunicação redundantes e múl- tiplas a um local remoto do meio de detecção. O meio para difusão e o meio para comunicação são estabelecidos sem ligação ponto a ponto.

Opcionalmente, o meio para comunicação é configurado para

comunicar sinais de controle, para operar o meio para transmissão e o meio para distribuição.

Ainda que a invenção tenha sido descrita em termos de várias concretizações específicas, aqueles versados na técnica vão reconhecer que a invenção pode ser praticada com modificação, dentro do espírito e do âmbito das reivindicações.

Claims (27)

1. Rede de comunicações para pelo menos um de um sistema de transmissão de energia elétrica e de um sistema de distribuição de ener- gia elétrica, a rede comunicando pelo menos um de sinais de monitoramento e sinais de controle para uma rede de circuitos elétricos, a rede de comuni- cações compreendendo: pelo menos um nó de sensor compreendendo um dispositivo sensor, configurado para detectar uma condição operacional do sistema de transmissão ou do sistema de distribuição; pelo menos um nó de comunicação de sensor correspondente ao dispositivo sensor, o nó de comunicação de sensor configurado para transmitir um primeiro sinal sem fio correspondente à condição operacional detectada; e pelo menos um nó de comunicação de controle proporcionado separadamente do nó de comunicação de sensor, o nó de comunicação de controle configurado para receber o primeiro sinal sem fio e transmitir um segundo sinal sem fio correspondente ao primeiro sinal sem fio; e um dispositivo de porta de entrada em comunicação com o nó de comunicação de controle e recebendo o segundo sinal sem fio.

2. Rede de comunicações, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de detecção compreende um sensor de corrente.

3. Rede de comunicações, de acordo com a reivindicação 1, a- inda compreendendo uma pluralidade de nós de comunicação dispostos em uma rede em malha.

4. Rede de comunicações, de acordo com a reivindicação 1, a- inda compreendendo um centro de controle em comunicação com o disposi- tivo de porta de entrada.

5. Rede de comunicações, de acordo com a reivindicação 1, em que o nó de detecção compreende um transmissor de radiofreqüência.

6. Rede de comunicações, de acordo com a reivindicação 1, em que o pelo menos um modo de comunicações de controle compreende uma rede em malha de nós de comunicação de controle, a rede compreendendo rotas de sinais sem fio múltiplas e redundantes para o dispositivo de porta de entrada.

7. Rede de comunicações, de acordo com a reivindicação 6, em que a rede em malha é autoconfiguradora e autocorretiva, com capacidade de autorroteamento e rerroteamento.

8. Rede de comunicações para pelo menos um de um sistema de transmissão de energia elétrica e de um sistema de distribuição de ener- gia elétrica, a rede de comunicações de controle compreendendo: uma pluralidade de nós de sensores, cada nó de sensor com- preendendo um dispositivo sensor configurado para detectar uma condição operacional de pelo menos um de um de cablagem, equipamento, dispositi- vos de comutação e dispositivos protetores no sistema de transmissão ou sistema de distribuição; uma pluralidade de nós de comunicação de sensores, os nós de comunicação de sensores correspondentes aos nós de sensores, todos os nós de comunicação de sensores sendo configurados para transmitir um primeiro sinal sem fio, correspondente à condição operacional detectada no local de cada nó de sensor; e uma pluralidade de nós de comunicação de controle proporcio- nados separadamente dos nós de comunicação de sensores, os nós de co- municação de controle configurados para receber o primeiro sinal sem fio dos nós de comunicação de sensores e transmitir um segundo sinal sem fio correspondente aos sinais recebidos; em que os nós de comunicação de controle são dispostos em uma rede em malha espalhada com os nós de comunicação de sensores, a rede em malha estabelecendo rotas de sinais sem fio múltiplas e redundante entre os nós de comunicação de controle.

9. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivindi- cação 8, ainda compreendendo um dispositivo de porta de entrada em co- municação com pelo menos um dos nós de comunicação de controle.

10. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, ainda compreendendo um centro de controle em comunicação com o dispositivo de porta de entrada.

11. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, em que pelo menos um dos dispositivos de detecção compreende um sensor de corrente.

12. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, em que os nós de sensores compreendem um transmissor de radiofreqüência.

13. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, em que os nós de comunicação de controle compreendem um transmissor de radiofreqüência.

14. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, em que a rede em malha é autoconfiguradora e autocorretiva, com capacidade de auto-roteamento e rerroteamento.

15. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, em que pelo menos um dos primeiro e segundo sinais de dados compreende um sinal de radiofreqüência digital.

16. Rede de comunicações de controle, de acordo com a reivin- dicação 8, em que os nós de comunicação de controle são configurados pa- ra comunicação bidirecional com os nós de sensores, facilitando, desse mo- do, a transmissão de sinais de monitoramento e sinais de controle para pelo menos um de cablagem, equipamento, dispositivos de comutação e disposi- tivos protetores no sistema de transmissão ou sistema de distribuição.

17. Sistema de energia elétrica, compreendendo: uma instalação geradora; um sistema de transmissão recebendo energia de alta voltagem da instalação geradora, o sistema de transmissão compreendendo cablagem e pelo menos um de equipamento, um dispositivo de comutação e um dispo- sitivo protetor conectados à cablagem; um sistema de distribuição conectado ao sistema de transmissão e suprindo energia elétrica a uma pluralidade de pontos de serviço / medi- ção, o sistema de distribuição compreendendo cablagem e pelo menos um de equipamento, um dispositivo de comutação e um dispositivo protetor co- nectados à cablagem; e pelo menos uma rede de comunicações de controle espalhada com um do sistema de transmissão e do sistema de distribuição; a rede de comunicações de controle compreendendo: uma pluralidade de nós de comunicação de sensores recebendo os dados de entrada correspondentes a uma condição elétrica detectada de pelo menos um de cablagem, equipamento, dispositivos de comutação e dispositivos protetores no sistema de transmissão ou distribuição, os nós de sensores configurados para gerar um sinal sem fio, correspondente à condi- ção elétrica detectada; e uma pluralidade de nós de comunicação de controle espaçados dos nós de comunicação de sensores; todos os nós de controle configurados para comunicação sem fio, e em que os nós de comunicação de controle definem rotas de comunicação sem fio múltiplas e redundantes, dos nós de comunicação de sensores a um local remoto; em que os nós de comunicação de controle são dispostos em uma rede em malha, espaçada com os nós de comunicação de sensores, a rede em malha estabelecendo rotas de sinais sem fio múltiplas e redundan- tes, entre os nós de comunicação de controle.

18. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação17, ainda compreendendo um dispositivo de porta de entrada em comunica- ção com pelo menos um dos nós de comunicação.

19. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação18, ainda compreendendo um centro de controle em comunicação com o dispositivo de porta de entrada.

20. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação17, em que os dados de entrada correspondem às condições de corrente detectadas.

21. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 17, em que os nós de sensores compreendem um transmissor de radiofre- qüência.

22. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação .17, em que os nós de comunicação de controle compreendem um transmis- sor de radiofreqüência.

23. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 17, em que a rede em malha é autoconfiguradora e autocorretiva, com capa-cidade de auto-roteamento e rerroteamento.

24. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 17, em que o sinal sem fio compreende um sinal de radiofreqüência digital.

25. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 17, em que a rede de comunicações é ainda configurada para comunicar sinais de controle, para operar um do sistema de transmissão e do sistema de distribuição.

26. Sistema de energia elétrica, compreendendo: um meio para gerar energia elétrica; um meio para transmitir a energia elétrica para um local diferente do meio de geração; um meio para distribuir a energia elétrica aos pontos de medi- ção; um meio para detectar condições elétricas em pelo menos um do meio transmissor e meio distribuidor; um meio para difundir as condições elétricas detectadas; e um meio para comunicação das condição de difusão ao longo de uma ou de rotas de comunicação redundantes e múltiplas a um local remoto do meio de detecção; em que o meio para difusão e o meio para comunicação são es- tabelecidos sem ligação ponto a ponto.

27. Sistema de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 26, em que o meio para comunicação é configurado para comunicar sinais de controle, para operar o meio para transmissão e o meio para distribuição.