Aplicação do sinal de vibração em equipamentos de distribuição
Análise de Sinal de Vibração para Monitoramento da Condição do Disjuntor (CB)
Introdução
Durante os processos de abertura e fechamento de um disjuntor (CB), é gerado um sinal de vibração. Este sinal contém informações valiosas sobre o estado de saúde do equipamento, incluindo o momento da abertura do contato do arco, que pode indicar desgaste, problemas mecânicos ou outras possíveis falhas. Um aspecto crítico do monitoramento da condição do CB é a medição da abrasão dos contatos do quadro de distribuição, que se refere ao encurtamento gradual dos contatos do arco devido à perda de material durante cada operação.
Medição da Abrasão dos Contatos do Quadro de Distribuição
Os contatos do arco de um CB ficam progressivamente mais curtos conforme são abrasados durante cada operação. Este processo de abrasão leva a um atraso no instante em que os contatos do arco entram em contato, o que pode ser monitorado usando sinais de vibração. O método proposto envolve a medição do sinal de vibração na carcaça do CB usando um acelerômetro. Os dados adquiridos podem ser utilizados de duas maneiras principais:
Comparando Padrões de Vibração com um Registro de Referência:
Quantificando a Diferença: Ao comparar o padrão de vibração adquirido com um registro de referência (um estado saudável conhecido do CB), é possível quantificar a diferença entre os dois. Esta comparação pode ajudar a identificar mudanças no comportamento do CB ao longo do tempo, como atrasos aumentados no toque dos contatos devido à abrasão.
Detecção Baseada em Limiar: Um limiar pode ser definido para disparar um alerta se a diferença exceder um certo nível, indicando que os contatos estão desgastados significativamente e podem precisar de manutenção ou substituição.
Detectando o Intervalo de Tempo:
Análise do Intervalo de Tempo: Ao analisar o intervalo de tempo entre eventos-chave no sinal de vibração (por exemplo, o momento da abertura e fechamento do contato), é possível detectar mudanças no cronograma mecânico do CB. Por exemplo, conforme os contatos desgastam, o intervalo de tempo entre o início do processo de abertura e a separação real dos contatos pode aumentar, indicando abrasão progressiva.
Detecção de Problemas Mecânicos
A análise de vibração também pode ser usada para detectar problemas mecânicos no CB. Um método eficaz para isso é o uso do Alinhamento Dinâmico de Tempo (DTW, na sigla em inglês), um algoritmo que alinha e compara dados de séries temporais, mesmo que não estejam perfeitamente sincronizados. O DTW é particularmente útil para detectar mudanças sutis no padrão de vibração que podem indicar anomalias mecânicas, como desalinhamento, componentes soltos ou desgaste em partes móveis.
Etapas para o Uso de DTW na Análise de Vibração do CB:
Coleta de Dados:
Instale acelerômetros na carcaça do CB para coletar dados de vibração durante as operações de abertura e fechamento.
Colete dados de vibração de referência (baseline) de um CB saudável para comparação.
Pré-processamento:
Filtre e normalize os sinais de vibração para remover ruídos e garantir consistência em diferentes medições.
Segmente os dados de vibração em intervalos de tempo relevantes correspondentes a eventos específicos (por exemplo, abertura do contato, fechamento do contato).
Aplicação do Algoritmo DTW:
Aplique o algoritmo DTW para comparar os padrões de vibração coletados com os dados de referência.
Calcule a distância (ou pontuação de similaridade) entre os dois padrões. Uma distância maior indica uma maior desviação da condição normal de operação.
Detecção de Anomalias:
Defina limiares para a distância DTW para identificar quando o padrão de vibração se desvia significativamente da referência.
Use esses limiares para sinalizar possíveis problemas mecânicos, como desalinhamento, desgaste ou outras falhas.
Monitoramento Contínuo & Medição Periódica:
Implemente o monitoramento contínuo coletando regularmente dados de vibração e comparando-os com a referência usando DTW.
Realize medições periódicas para acompanhar a saúde a longo prazo do CB e detectar tendências no desgaste mecânico.
Exemplo: Análise de Vibração por DTW para Disjuntores de Alta Tensão (HV)
No gráfico fornecido, é mostrada uma análise de vibração usando DTW para um disjuntor HV. O gráfico provavelmente exibe o seguinte:
Eixo X: Tempo (ou índice de amostra) representando a duração da operação do CB (abertura ou fechamento).
Eixo Y: Amplitude de vibração ou uma métrica derivada (por exemplo, aceleração) do acelerômetro.
Curva de Referência: Uma curva suave representando o padrão de vibração de um CB saudável.
Curva de Teste: Uma curva potencialmente irregular representando o padrão de vibração de um CB com suspeita de problemas mecânicos.
Distância DTW: Um valor ou curva mostrando a similaridade ou dissimilaridade entre as curvas de referência e teste. Uma maior distância DTW indica uma maior desviação da condição normal de operação.
Ao analisar a distância DTW ao longo do tempo, é possível detectar mudanças no comportamento mecânico do CB, como aumento do desgaste ou desalinhamento, mesmo antes que esses problemas se tornem críticos.
Conclusão
A análise de sinal de vibração, especialmente usando o Alinhamento Dinâmico de Tempo (DTW), fornece uma ferramenta diagnóstica poderosa para o monitoramento da condição dos disjuntores. Ao comparar padrões de vibração com dados de referência e detectar mudanças nos intervalos de tempo de eventos-chave, é possível identificar problemas mecânicos, monitorar a abrasão dos contatos e prever falhas potenciais. Este método é adequado tanto para o monitoramento contínuo quanto para inspeções periódicas, garantindo que os CBs permaneçam confiáveis e seguros ao longo de sua vida operacional.
