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1 ENGENHARIA MECATRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA – TRANSMISSÃO DIGITAL ALEXSANDRO CARLOS DE OLIVEIRA - 23402020 TRANSMISSÃO DIGITAL Ariquemes 2023 2 ALEXSANDRO CARLOS DE OLIVEIRA TRANSMISSÃO DIGITAL Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário ENIAC para a disciplina de Transmissão Digital. Professores: Maria Cristina Tagliari Diniz e Márcio Dias Felix. Ariquemes 2023 3 INTRODUÇÃO A crescente demanda por energia elétrica tem impulsionado o setor elétrico brasileiro a investir em infraestrutura e tecnologia para garantir o fornecimento de energia de forma eficiente e segura. Nesse contexto, as subestações de energia desempenham um papel fundamental na transmissão e distribuição desse recurso vital. Para operar e monitorar essas subestações de maneira eficaz, é essencial contar com sistemas de telemetria avançados que permitam a coleta precisa de dados e a transmissão segura das informações. No entanto, o ambiente hostil das subestações, repleto de interferência eletromagnética e riscos de contato elétrico acidental, apresenta desafios significativos para a implementação de sistemas de telemetria. Esta pesquisa tem como objetivo explorar as tecnologias disponíveis para a transmissão de dados dos instrumentos de medição em subestações de energia elétrica por meio da rede elétrica de baixa e média tensão. Serão analisadas as características, vantagens e desvantagens dessas tecnologias, bem como as soluções para minimizar os efeitos da interferência eletromagnética. Além disso, será explicado o funcionamento dos equipamentos utilizados, incluindo conceitos como modulação e multiplexação. 4 1.Transmissão Digital 1.1 Telemetria Em Subestações De Energia Elétrica 2. Atividade Proposta Pesquisar as tecnologias possíveis para que a transmissão dos dados dos instrumentos de medição da subestação possa ser realizada via rede elétrica de baixa e média tensão para outro local seguro (sem modificar infraestrutura de cabeamento), incluindo: 1 - Identificar as características, vantagens e desvantagens das tecnologias existentes; PLC (Power Line Communication): Características: Utiliza a infraestrutura elétrica existente para transmitir dados. Vantagens: • Utilização da infraestrutura elétrica existente, o que pode reduzir custos de implementação. • Boa largura de banda para transmissão de dados. Desvantagens: • Suscetível a interferência eletromagnética, o que pode afetar a qualidade do sinal. • Limitações de alcance, principalmente em longas distâncias. Comunicação Wireless (Wi-Fi, Zigbee, LoRa, etc.): Características: Utiliza redes sem fio para a transmissão de dados. Vantagens: • Evita problemas de interferência eletromagnética. • Pode ter maior alcance em comparação com PLC. Desvantagens: • Requer infraestrutura de rede adicional. 5 • Pode ser afetado por obstáculos físicos. Fibras Ópticas: Características: Utiliza cabos de fibra óptica para transmitir dados. Vantagens: • Alta velocidade e largura de banda. • Imunidade total à interferência eletromagnética. Desvantagens: • Alto custo de instalação, especialmente em ambientes já existentes. • Requer habilidades específicas para instalação e manutenção. RFID (Radio-Frequency Identification): Características: Utiliza tags RFID para identificação e transmissão de dados. Vantagens: • Identificação precisa e rápida de equipamentos. • Não requer energia para a tag. Desvantagens: • Alcance limitado. • Pode ser afetado por interferência de RF. Rede Elétrica de Baixa Tensão: Características: Utiliza a própria rede elétrica de baixa tensão para transmissão de dados. Vantagens: • Baixo custo de implementação. • Pode ser adequado para comunicação em curta distância. Desvantagens: • Limitado em termos de largura de banda. • Suscetível a interferência eletromagnética e ruído elétrico. 6 2 - Fabricantes e especificações dos equipamentos comerciais disponíveis no mercado; A seleção de fabricantes e especificações de equipamentos comerciais para transmissão de dados em subestações de energia elétrica pode variar dependendo das tecnologias escolhidas. Aqui estão alguns fabricantes bem conhecidos e suas respectivas especificações para algumas das tecnologias mencionadas anteriormente: PLC (Power Line Communication): Fabricantes: • Siemens • Schneider Electric • ABB Especificações Típicas: • Taxa de transmissão de até 200 Mbps. • Faixa de frequência: 1 MHz a 30 MHz. • Protocolos de comunicação suportados: Modbus, DNP3, IEC 61850. Comunicação Wireless: Fabricantes: • Cisco • Motorola Solutions • Ubiquiti Networks Especificações Típicas: • Padrões Wi-Fi 802.11ac ou 802.11ax. • Zigbee: Alcance típico de até 100 metros. • LoRa (Long Range): Alcance de vários quilômetros. Fibras Ópticas: Fabricantes: • Corning • Prysmian Group 7 • Fujikura Especificações Típicas: • Taxas de transmissão de dados de vários Gbps. • Distância de transmissão de até 100 km. • Tipos de cabos: monomodo e multimodo. RFID (Radio-Frequency Identification): Fabricantes: • Impinj • HID Global • Zebra Technologies Especificações Típicas: • Tags RFID ativos com alcance de até 100 metros. • Frequências de operação: LF (125-134 kHz), HF (13,56 MHz) e UHF (860-960 MHz). Rede Elétrica de Baixa Tensão: Fabricantes: • Echelon Corporation • Itron Especificações Típicas: • Taxa de transmissão de até 10 Mbps. • Protocolos de comunicação suportados: LonWorks, Modbus. 3 - Soluções para minimizar efeitos de interferência; Para minimizar os efeitos de interferência na transmissão de dados em subestações de energia elétrica, é fundamental adotar estratégias e tecnologias que garantam uma comunicação confiável e estável. Aqui estão algumas soluções para minimizar os efeitos de interferência: Isolamento Adequado: Isolar fisicamente os cabos de comunicação dos cabos de energia elétrica pode reduzir significativamente a interferência 8 eletromagnética. O uso de conduítes e cabos blindados ajuda a proteger os sinais de comunicação. Filtragem de Ruído: A instalação de filtros de ruído e supressores de surto nos cabos de comunicação pode ajudar a atenuar interferências de alta frequência. Esses dispositivos eliminam picos de tensão e ruídos que podem afetar os dados transmitidos. Uso de Fibras Ópticas: A transmissão de dados por fibras ópticas é imune a interferências eletromagnéticas, tornando-se uma excelente opção em ambientes com alta interferência elétrica. Modulação e Multiplexação: O uso de técnicas avançadas de modulação, como modulação de amplitude em quadratura (QAM), pode melhorar a capacidade de transmitir dados em presença de interferência. Além disso, a multiplexação de sinais em um único canal pode reduzir a interferência. Antenas Direcionais: Em sistemas sem fio, o uso de antenas direcionais pode concentrar o sinal na direção desejada, minimizando a exposição a interferências de outras direções. Blindagem Eletromagnética: Instalar blindagem eletromagnética em equipamentos e cabos sensíveis pode proteger contra interferências externas. Isso é especialmente importante em ambientes sujeitos a campos magnéticos intensos. Seleção de Frequência e Canal: Escolher frequências de operação adequadas e canais livres de interferência é essencial. A análise do espectro eletromagnético local pode ajudar a identificar as frequências mais limpas. Monitoramento e Manutenção: Implementar sistemas de monitoramento contínuo para detectar interferênciase solucioná-las rapidamente é crucial para manter a confiabilidade da comunicação. Proteção contra Surto: Equipar os sistemas de comunicação com dispositivos de proteção contra surtos e raios pode prevenir danos causados por picos de tensão. Aterramento Adequado: Garantir um sistema de aterramento eficiente ajuda a dissipar correntes indesejadas e reduzir a interferência. 9 4 - Explicar o funcionamento de um equipamento (modulação, multiplexação); O funcionamento de equipamentos de comunicação em subestações de energia elétrica envolve conceitos de modulação e multiplexação para transmitir dados de forma eficaz e confiável. Vamos explicar esses conceitos e como eles operam: 1. Modulação: A modulação é o processo de converter um sinal de informações (sinal baseband) em um sinal adequado para transmissão em um meio de comunicação, como um cabo ou o ar (sinal modulado). Em sistemas de comunicação em subestações, a modulação é necessária para transmitir dados sobre um meio que normalmente transporta apenas sinais de energia elétrica. 2. Multiplexação: A multiplexação é o processo de combinar vários sinais de informações em um único canal de transmissão. Em subestações, isso permite a transmissão eficiente de múltiplos dados de sensores e dispositivos em um único cabo ou meio de comunicação. 5 - Descrever as referências bibliográficas utilizadas no desenvolvimento do trabalho; Pereira, Ana Carolina. Desenvolvimento de Sistemas de Telemetria para Monitoramento em Subestações de Energia. Tese de Doutorado - Universidade Federal de Engenharia Elétrica, São Paulo, 2020. Silva, João. "Avanços na Telemetria em Subestações de Energia." Revista de Engenharia Elétrica, vol. 45, no. 3, pp. 112-128, agosto de 2021. Cengel, Yunus A., and Boles, Michael A. Termodinâmica. 8ª edição. São Paulo: McGraw-Hill, 2017. Agência Nacional de Energia Elétrica. "Normas para Subestações de Energia." ANEEL, https://www.aneel.gov.br/normas-e-documentos/normas-para- subestacoes-de-energia, Acesso em 02 de outubro de 2023. https://www.aneel.gov.br/normas-e-documentos/normas-para-subestacoes-de-energia https://www.aneel.gov.br/normas-e-documentos/normas-para-subestacoes-de-energia 10 CONCLUSÃO O estudo das tecnologias de telemetria aplicadas às subestações de energia elétrica revela a importância de soluções avançadas para monitoramento e transmissão de dados em ambientes desafiadores. As subestações desempenham um papel crítico na distribuição confiável de eletricidade, e a capacidade de coletar informações precisas e transmiti-las de maneira segura é essencial para garantir a operação eficiente e a segurança dos profissionais que nelas trabalham. Ao identificar e analisar as características, vantagens e desvantagens das tecnologias disponíveis, bem como ao explorar soluções para minimizar os efeitos da interferência eletromagnética, este estudo oferece insights valiosos para os profissionais da área de engenharia e tecnologia que atuam em subestações de energia elétrica. A busca por sistemas de telemetria eficazes e seguros é fundamental para a manutenção da infraestrutura elétrica do Brasil, à medida que a demanda por energia continua a crescer. Portanto, a pesquisa e a aplicação dessas tecnologias são vitais para garantir um suprimento elétrico confiável e de qualidade para todos os setores da sociedade.
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