Um Dispositivo Eletronico Para Detectar Fraude de Energia Eletrica
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7/23/2019 Um Dispositivo Eletronico Para Detectar Fraude de Energia Eletrica
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UM DISPOSITIVO ELETRNICO PARA DETECTAR FRAUDE DE ENERGIA ELTRICA.
G. D. Bazelatto1, P. S. Pereira
2, G. E. Loureno
3,M. A. Choqueta
4, J. F. Andrade
5, C. M. Martins
6, L. A. T. Souza
7, P. S.
Pereira Jr.8
1Esprito Santo Centrais Eltricas S/A - ESCELSA, Serra, Brasil, [email protected] Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected]
3Conprove Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected] Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected] Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected]
Conprove Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected] Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected] Ind. e Comrcio, Uberlndia, Brasil, [email protected]
Resumo:Este artigo apresenta o projeto e desenvolvimentode um instrumento simples, compacto, de baixo custo e
prtico de operar com o objetivo de detectar fraudes de
energia eltrica. O instrumento basicamente composto de
trs sensores e so eles: Sensor de Campo Eltrico, Sensorde Campo Magntico e Sensor Detector de Metal. O
trabalho foi fruto de um P&D entre a ESCELSA e a
CONPROVE Indstria e Comrcio. Um prottipo foi
montado e seu funcionamento foi verificadoexperimentalmente, apresentando um resultado satisfatrio.
Palavras chave: fraude na rede eltrica; sensor decampo eltrico; sensor de campo magntico; detector de
metais.
1. INTRODUO
Durante muitos anos as concessionrias de energia
eltrica vm otimizando perdas, e a nvel de perdas tcnicas
j foram encontrados pontos perto do timo, com programas
de computadores que objetivam o ponto timo da
transmisso e distribuio.Com relao s fraudes, tem-se percebido que um grande
percentual de perda existe hoje no mundo, em especial noBrasil.
A Escelsa vem exercendo seu papel de reduo de
perdas e este trabalho foi colocado junto com a Conprove,
Este trabalho teve o apoio financeiro da ESCELSA Esprito SantoCentrais Eltricas S. A. (Programa de P&D/ANEEL ciclo 2003/2004).
G. D. Bazelatto Engenheiro Especialista da ESCELSA.P. S. Pereira Phd em Engenharia Eltrica, MscEng e diretor
tcnico da CONPROVE Indstria e Comrcio.G. E. Loureno Engenheiro Eletricista especialista formado pela
UFU; trabalha na rea de Pesquisa e Desenvolvimento da CONPROVEInd. e Comrcio.
M. A. Choqueta tcnico especialista; trabalha na rea de Pesquisada CONPROVE Ind. e Comrcio.
visando desenvolver um sistema simples que permita a
identificao de pontos onde pode estar ocorrendo fraudes.
A idia do projeto a deteco de fraude, que
normalmente ocorre na entrada do padro do consumidor,
desviando-se uma alimentao por dentro da parede antes depassar pelo medidor.
Para realizar esta tarefa trs formas de deteco foram
implantadas no instrumento: A primeira por campo eltrico
visando identificar se existe algum fio escondido sendodesviado antes do padro de entrada. A segunda consiste em
detectar campo magntico, caso este que envolvealimentao estar produzindo corrente e, conseqentemente
campo magntico. A terceira proposta suposto que a
fraude acontecer dentro de um duto metlico e assim no
seria possvel detectar campos eltricos e/ou magnticos.
Nesse sentido um detector de metais foi incluso no aparelho,
que por aproximao pode detectar se existe algum caminhometlico quando no deveria existir, caracterizando a
possibilidade de ocorrer a fraude.
Sabe-se que o instrumento apenas um dispositivo que
levanta possibilidades e que o usurio deve analisar e
interpretar visando assegurar o bom relacionamentofornecedor consumidor.
Este artigo apresenta o novo produto. Detalhes da
arquitetura do projeto e resultados so apresentados nos
itens a seguir.
J. F. Andrade Engenheiro Eletricista formado pela UFU; trabalhana rea de Pesquisa da CONPROVE Ind. e Comrcio.
C. M. Martins Engenheiro Eletricista formado pela UFU; trabalhana rea de Pesquisa da CONPROVE Ind. e Comrcio.
L. A. T. Sousa Engenheiro Eletricista formado pela UFU; trabalhana rea de Pesquisa da CONPROVE Ind. e Comrcio.
P. S. Pereira Jr. Engenheiro Eletricista formado pela UFU;trabalha na rea Comercial da CONPROVE Ind. e Comrcio.
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2. ESTRUTURA DO EQUIPAMENTO
O instrumento foi estruturado de forma compacta, comum sistema de antena para captao de campo eltrico ebobinas para captao de metal e campo magntico.
O painel frontal dispe de leds indicadores epotencimetros que permitem ajuste de sensibilidade
independente para cada detector.O equipamento foi batizado com o seguinte nome:
Trickery Detector. Trickery do ingls significa: engano,logro, trapaa, fraude.
Este um aparelho bem verstil, pois faz as trsdeteces simultneas, permitindo ajuste de sensibilidadeindependente para cada uma delas.
2.1.Detector de Campo Eltrico
Definiu-se dois pontos indispensveis para odesenvolvimento do sensor de campo eltrico:- Antena Receptora: esta responsvel por captar o sinaldo campo eltrico a qual deve apresentar uma altasensibilidade.- Primeiro Estgio: um circuito de sensibilidade onde sepode ajustar o equipamento para uma melhor recepo dosinal.
Portanto a antena aprovada foi a do tipo telescpica, porpreencher os requisitos necessrios. A Figura 1 mostra umaviso geral do equipamento.
Figura 1 Viso geral do sensor de campo eltrico fixado ao
equipamento
O ajuste de sensibilidade feito por um potencimetrono painel frontal, que ser apresentado mais adiante.
A sensibilidade deste detector possui um grande alcance,chegando a detectar com uma distncia de 2,5 m para fiospendurados ao ar livre.
2.2. Restries na Deteco do Campo Eltrico
A deteco de campo eltrico s possvel quando osfios no esto em contato com o cho (solo) ou dentrode paredes de concreto.
Qualquer outro anteparo no metlico utilizado paracamuflar o gato torna-se possvel a sua deteco.
Realizou-se um estudo do comportamento do campoeltrico para um fio energizado pendurado ao ar livre eaproximado gradativamente do solo, como a Figura 2ilustra.
Figura 2 Montagem feita para o estudo do campo eltrico
Foram feitos vrios testes, envolvendo distnciasdiferentes at se chegar ao solo.
Todos os testes foram realizados com a mesma
calibrao, ou seja, mantiveram-se o tamanho da antena e osajustes de sensibilidade fixos. A concluso foi a seguinte:O campo eltrico reduz sua intensidade quando o fio
deslocado no sentido do solo, isto , quanto maior aproximidade com o solo, mais difcil fica a deteco.
Portanto, para um fio que se encontra envolto porparedes de concreto o campo eltrico fica praticamenteencerrado em seu interior. como se as paredes fossem umterra para as linhas de fora do campo eltrico.
Em sntese, no se consegue detectar campo eltrico naparte de fora das paredes onde se encontram fiosenergizados embutidos.
O detector de campo eltrico foi mantido no
equipamento por permitir um grande alcance na deteco decampo eltrico para outras situaes, em que o fio possaestar fora da parede.
- Princpio de funcionamento: a Figura 3 mostra ocircuito eltrico do detector de campo eltrico. A antena responsvel por captar o sinal do campo eltrico e enviar aoprimeiro estagio responsvel por dar um alto ganho no sinal.
Na seqncia o sinal passa por dois filtros ativossintonizados em 60 Hz.
O terceiro estgio corresponde a uma retificao de ondacompleta do sinal para ento passar ao quarto estgio: ocomparador.
Enfim, a sada do comparador ligado a um dispositivoluminoso LED, e a um sinal sonoro.- Sinal Sonoro: o equipamento oferece a opo de um
aviso sonoro quando for detectado algum tipo de campo oumetal.
O sinal sonoro comum ao trs circuitos, por issoapresenta a possibilidade de ser ativado ou desativado, deacordo com o operador.
Quando a buzina soar porque algum campo ou metalfoi detectado. Para distinguir o que foi detectado basta olharno painel frontal e ver quais LEDs acenderam. Desta formaa buzina indica que algo foi detectado, mas no indica o quefoi detectado.
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2.3. Detector de Campo Magntico
Foi desenvolvido um circuito de deteco de campo
magntico para verificar a presena de pequenas correntes
eltricas provenientes de possveis gatos.
Para comprovar a eficincia deste sensor foi montado um
padro artificial no interior da empresa CONPROVE.Este um padro de entrada de energia trifsico com
parede de tijolos macios, furados e pisos de concreto onde
foi testado o equipamento; permitindo assim a simulao
real da fraude de energia eltrica.
Atravs destas simulaes pde-se ajustar o equipamento
para encontrar um alto grau de preciso em suas medidas, e
determinar os ambientes onde a medio poder ou no serefetuada.
A Figura 4 ilustra o padro experimental montado e suas
vrias condies de barreira, que so:
1 - TM 03cm: tijolo macio com eletroduto a 3cm da
superfcie da parede.2 - TM 07cm: tijolo macio com eletroduto a 7cm da
superfcie da parede.
3 - TM 14cm: tijolo macio com eletroduto a 14cm da
superfcie da parede.
4 - TF 05cm: bloco 8 furos com eletroduto a 5cm da
superfcie da parede.
5 - TF 08cm: bloco 8 furos com eletroduto a 8cm da
superfcie da parede.
6 - CO 08cm: concreto com eletroduto a 8cm da
superfcie da parede.
7 - CO 13cm: concreto com eletroduto a 13cm da
superfcie da parede.
8 - CO 23cm: concreto com eletroduto a 23cm dasuperfcie da parede.
9 - CO 3cm: concreto com eletroduto a 3cm da superfcie
da parede.
Para anlise dos resultados, as cargas foram ligadas a
partir do padro experimental. Assim foi possvel verificar o
comportamento do circuito sob as vrias condies de
barreiras impostas no padro.
Figura 4 Barreiras do padro experimental
Figura 3 Circuito detector de campo eltrico
- 1 Teste de sensibilidade:
A carga utilizada para realizar este teste foi um motor de
induo trifsico de CV. Os valores medidos de tenso
foram:
Vab = 212,8 V, ngulo entre Va e Vb = 119,4o;
Vbc = 213,0 V, ngulo entre Vb e Vc = 120,2;
Vca = 213,5 V, ngulo entre Vc e Va = 120,2;Os resultados obtidos esto apresentados na Tabela 1.
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Tabela 1: Resultados do 1 teste realizado com o detector de campo
magntico
- 2 Teste de sensibilidade:
A carga utilizada para realizar este teste foi um motor de
induo monofsico 60 VA. Os resultados obtidos esto
apresentados na Tabela 2.
Tabela 2: Resultados do 2 teste realizado com o detector de campo
magntico
O detector de campo magntico para detectar presenade corrente se mostrou muito sensvel, detectando tanto o
desequilbrio de cargas trifsicas e quanto de cargasmonofsicas fase-fase.
- Princpio de funcionamento: a Figura 5 apresenta ocircuito eletrnico do detector de campo magntico que
utiliza como sensor de campo magntico uma bobina.
A bobina detectora se encontra instalada dentro de uma
caixa plstica, junto com as bobinas do detector de metal. A
Figura 6 apresenta o diagrama representativo da distribuio
dos sensores, onde temos: DM = Sensores detectores demetal e CM = Sensor detector de campo magntico. As
Figuras 6 e 7 mostram a disposio dos sensores e a caixa
que os contm.
Figura 5 Circuito detector de campo magntico
Teste de sensibilidade do detector de campo magntico
Carga: Motor de induo trifsico de CV
Barreira Distncia de atuao
1 - TM 3cm 10cm2 - TM 7cm 8cm
3 - TM 14cm No houve atuao
4 - TF 5cm 12cm
5 - TF 8cm 5cm
6 - CO 8cm 10cm
7 - CO 13cm 5cm
8 - CO 23cm No houve atuao
9 - CO 3cm 12cm
Teste de sensibilidade do detector de campo magntico
Carga: motor de induo monofsico de 60VA
Barreira Distncia de atuao
1 - TM 3cm 7cm
2 - TM 7cm 6cm
3 - TM 14cm No houve atuao
4 - TF 5cm 8cm
5 - TF 8cm 3cm
6 - CO 8cm 7cm
7 - CO 13cm 3cm
8 - CO 23cm No houve atuao
9 - CO 3cm 8cm
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Figura 6 Distribuio dos sensores detectores de metal e campo
magntico
Figura 7 Caixa preta que contm os sensores DM e CM
O princpio de funcionamento do circuito de campo
magntico praticamente igual ao do campo eltrico, com
uma modificao no primeiro estgio.
Este possui uma bobina que ao ser sensibilizada disparao comparador, que em situao de no deteco se
encontra com a tenso de Offset ajustada sada igual a 0 .
O segundo estgio corresponde a passagem por dois filtros
ativos sintonizados em 60 Hz.
O terceiro estgio corresponde a retificao de ondacompleta do sinal que levado ao quarto estgio: um
comparador responsvel por ativar um sinal luminoso LED
e um sinal sonoro (buzina).
2.4. Detector de Metal
Caso a fraude seja feita passando por dentro de um
eletroduto de ferro, haver a blindagem dos campos e no
podero ser detectados. Assim, a soluo foi incrementar o
Trickery Detector com um detector de metal bastante
sensvel.
O sensor detector de metal constitudo de duas bobinasperpendiculares entre si e dispostas como mostrado na
Figura 6.
Esta distribuio gera uma economia considervel de
tempo, pois basta fazer uma nica varredura e j se tem a
concluso entre o que existe: se for metal ou se tem a
presena de campo magntico.Acoplada caixa preta (onde esto os sensores DM e
CM) est a haste, descrita a seguir.
- Haste: A haste feia de um material rgido e leve
permitindo um manuseio mais suave e com pouco esforo.
Possui uma junta de acoplamento, com um grau de
liberdade, prximo caixa preta. Esta haste possui a
vantagem de permitir um ajuste para se manter os sensores(caixa preta) sempre faceados com a parede ou local
suspeito que se queira explorar. As Figuras 8 e 9 mostram a
haste nos seus detalhes.
Figura 8 Haste com um grau de liberdade
Figura 9 Haste pode ser dobrada at 90
Caso a haste fosse fixa, ao se explorar partes mais altaster-se-ia uma grande perda de sensibilidade para o Detector
de Metal, que deve estar sempre faceado com a parede para
um maior rendimento.
Deve ser observado tambm que ao final da haste tem-se
um plug que usado para fazer a conexo com o
equipamento.Na parte de trs existe um plug fmea com um encaixe
para oito pinos, porm s tem um modo de ser encaixado
devido uma trava de segurana do prprio plug. Isto evita
que um encaixe aleatrio seja feito comprometendo-se assimtodo o circuito. A Figura 10 mostra o plug fmea utilizado.
Figura 10 Plug fmea localizado na parte de trs do equipamento
- Princpio de funcionamento do detector de metal: o mesmo da maioria dos circuitos detectores de metal
encontrados no mercado, conhecido como batimentos de
freqncia.
Neste circuito o batimento conseguido atravs de um
conjunto de bobinas e transistores. Sua oscilao em torno
de 98KHz. A Figura 11 mostra o circuito desenvolvido.Cada bobina constituda de duas bobinas isoladas
eletricamente uma da outra. A bobina LP (Figura 11) um
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tero da bobina LG (Figura 11), ambas enroladas em sentido
contrrio.Para uma maior sensibilidade e direcionamento do fluxo
foi adicionado um ferrite no interior da bobina (entende-se
aqui que uma bobina constituda da LP e LG)
A sada do circuito composta de um estgio de
amplificao (Darlington) para se elevar a potncia do sinalque passa ao prximo estgio.
Figura 11 Circuito detector de metal
O prximo estgio um comparador onde temos uma
referncia fixa, e de acordo com o sinal de entrada temosuma sada em nvel alto ou baixo.
Sua sada passa por um isolador ptico (como ns outros
circuitos) para se ter uma maior potncia no acionamento
dos LEDs e do aviso sonoro (buzina).
- Painel Frontal: o painel frontal traz as divises emarcaes para o total entendimento dos resultados. A
Figura 12 mostra o painel frontal.
Figura 12 Painel frontal
Os potencimetros utilizados so de preciso, e a estes
so acoplados dials graduados (conta-voltas) para se ter
uma referncia.
A sensibilidade aumentada no sentido da seta, o que
tambm corresponde ao aumento na escala dos diaisgraduados.
Como a buzina comum aos trs circuitos, os LEDs so
os responsveis por diferenciar o que foi detectado. Quando
um LED acender, porque foi detectada uma das trs
possibilidades: Metal, Campo Eltrico ou Campo
Magntico; o que ser confirmado pela sigla correspondenteno painel.
Na parte inferior central encontra-se um LED de cor
vermelha responsvel por indicar carga de bateria baixa.Quando este acender deve-se providenciar a troca de
baterias.
No canto inferior direito tem-se uma chave responsvel
por ligar ou desligar a buzina, sendo de livre arbtrio do
operador.
3. CONCLUSO
Este trabalho apresentou um instrumento desenvolvido,
especialmente como sendo uma ferramenta para auxiliar as
empresas do setor eltrico brasileiro, na deteco de fraudes
provocadas por consumidores.
Os prejuzos destas concessionrias j esto atingindo
patamares relevantes e por isso esta prtica criminal deve ser
combatida o mais rpido possvel.
Foram desenvolvidos sistemas de deteco de campo
eltrico, campo magntico e detector de metais de modo a
permitir ao operador informaes sobre a possibilidade de
alteraes na instalao.O instrumento foi testado exaustivamente em um padro
experimental simulando diversas condies de montagem e
profundidade da parede, apresentando excelente resultado.
Um lote piloto est sendo construdo de modo que um
grupo de inspetores e prestadores de servios da ESCELSA
possam fazer uma anlise de sua produtividade.
4. AGRADECIMENTOS
Os autores desejam agradecer ESCELSA e ANEEL
pelo suporte tcnico e financeiro para o desenvolvimento
deste trabalho.
5. REFERNCIAS
[1] R. M. Eisberg e L. S. Lerner, Fsica: Fundamentos e
Aplicaes, Vol. 3 e 4. MacGraw-Hill do Brasil, 1983.
[2] D. Halliday e R. Resnick, Fundamentos de Fsica, Vol. 3 e 4.
Livros Tcnicos e Cientficos, 1991.
[3] H. N. R. Schaefer, Eletricidade e Magnetismo, Editora da
UFSC, Florianpolis.
[4] A. P. Malvino,Electronic Principles,Quinta edio. McGraw-
Hill, 1993.
