BR102013001428A2

BR102013001428A2 - Aparelho, circuito e método para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito

Info

Publication number: BR102013001428A2
Application number: BRBR102013001428-1A
Authority: BR
Inventors: Andrew Ceri Davis
Original assignee: Ge Aviat Systems Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2015-07-14
Also published as: FR2986074B1; JP2013156247A; CN103217594A; CA2801478A1; GB2498563A; US20130187662A1; GB201200986D0; FR2986074A1

Abstract

Aparelho, circuito e método para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito . Trata-se de um aparelho e método para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito. A fase relativa de formas de onda de corrente e tensão através da indutância de circuito de uma porção de um circuito produzido por perturbação de corrente ou tensão é determinada e a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito é identificada a partir das fase relativa de formas de onda de corrente e tensão. A fase relativa de formas de onda de corrente e tensão através da indutância de uma porção do circuito pode ser determinada por meio de cálculo do sinal (positivo ou negativo) da indutância daquela porção do circuito. A capacidade de determinar a localização de um distúrbio elétrico, por exemplo, dentro de uma perna de distribuição particular de uma pluralidade de pernas de distribuição, permite somente que a perna afetada pelo distúrbio elétrico seja isolada das porções remanescentes do circuito, tais como várias outras cargas ou outros componentes e a fonte de energia para continuar em operação.

Description

“APARELHO, CIRCUITO E MÉTODO PARA DETERMINAR A LOCALIZAÇÃO DE UM DISTÚRBIO ELÉTRICO EM UM CIRCUITO” Esta invenção refere-se à determinação da localização de um distúrbio elétrico em um ou mais circuitos que pode ser causado, por exemplo, por falha, tal como um curto-circuito ou um circuito aberto ou por uma queda de raio.

Em muitas aplicações, uma única fonte de energia é conectada a uma pluralidade de cargas elétricas. Por exemplo, em uma aeronave, uma única fonte de energia pode suprir várias cargas, tais como instrumentos de cabine, fornecimento de ar, controles ambientais etc. Um curto-circuito ou falha de fiação de circuito aberto pode fazer com que um arco elétrico ocorra, resultando em danos adicionais. Grande parte ou todo o circuito pode ser fechado para evitar que se cause dano às várias partes do circuito, pois geralmente não se sabe a partir de qual parte do circuito o distúrbio elétrico se origina. No entanto, seria desejável não ter que fechar todo ou grande parte do circuito no evento de um distúrbio elétrico. Isso é especialmente verdade se um evento elétrico externo tal como um raio ser confundido como falha de arco, resultando em desconexão errônea de circuitos completamente operacionais.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, proporciona-se um aparelho para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito. O aparelho tem um ou mais sensores para determinar a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de uma porção do circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão e um controlador disposto para identificar a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito a partir da fase relativa de formas de onda de tensão e corrente. A capacidade de determinar a localização de um distúrbio elétrico, por exemplo, dentro de uma perna de distribuição particular de uma pluralidade de pernas de distribuição conectadas a uma única fonte de energia, permite que somente a perna afetada pelo distúrbio elétrico seja isolada. As porções remanescentes do circuito, tais como várias outras cargas para outros componentes e a fonte de energia podem continuar em operação. Isso proporciona melhor disponibilidade da rede elétrica total de modo que seja mais confiável.

Determinar a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão proporciona um indicador confiável da localização do distúrbio elétrico, mesmo em ambientes com muitos ruídos elétricos.

Se, em uma perna de distribuição particular, uma forma de onda de corrente produzida por um distúrbio elétrico é anterior a uma forma de onda de tensão, então a localização do distúrbio elétrico pode ser identificada como estando naquela perna de distribuição particular. Aquela perna de distribuição particular pode ser então isolada, por exemplo, usando um comutador. Se a forma de onda de corrente produzida por um distúrbio elétrico não for anterior à forma de onda de tensão, então a localização do distúrbio elétrico pode ser identificada como estando em outro lugar, por exemplo, no lado de fonte de energia do circuito ou em outra perna de distribuição. A fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito pode ser determinada por meio de cálculo do sinal (positivo ou negativo) da indutância em um ponto particular do circuito.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, proporciona-se um método para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito. O método compreende determinar a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito de uma porção do circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão no circuito e identificar a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito a partir da fase relativa determinada de formas de onda de tensão e corrente naquela porção do circuito.

Uma realização da presente invenção será agora descrita, somente a título de exemplo, em referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 mostra um exemplo esquemático de um circuito com uma pluralidade de pernas de distribuição e aparelho, de acordo com uma realização da presente invenção, para determinar a localização de um distúrbio elétrico dentro do circuito; A Figura 2 mostra um exemplo mais detalhado de um circuito com um aparelho, de acordo com uma realização da presente invenção; A Figura 3 mostra exemplos de formas de onda produzidas do circuito da Figura 1 ou da Figura 2 quando o distúrbio está no lado de carga do circuito; A Figura 4 mostra exemplos de formas de onda produzidas do circuito da Figura 1 ou da Figura 2 quando o distúrbio está no lado de fonte do circuito; e A Figura 5 mostra uma técnica para reduzir os efeitos de ruído ao determinar a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito. A Figura 1 mostra um exemplo de um circuito 10 que tem uma pluralidade de pernas de distribuição 1,2... N, sendo cada uma conectada a uma única fonte de energia 20. Cada perna de distribuição 1,2,.. N tem uma indutância inerente L1, L2...LN. Cada perna de distribuição 1,2 ... N tem uma carga elétrica para suprir energia elétrica a, um componente elétrico particular. Em uma aeronave, por exemplo, esses podem incluir instrumentos de navegação, fornecimento de ar, controles ambientais e/ou qualquer outro equipamento elétrico. Pelo menos, uma das pernas de distribuição inclui um controlador 30 para determinar a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito L1 ,L2... LN daquela perna de distribuição particular 1,2... N produzida por perturbação de corrente ou tensão, tal como uma falha, curto-circuito, circuito aberto ou queda de raio em algum lugar no circuito total 10. A partir da fase relativa das formas de onda de corrente e tensão, o controlador 20 tem capacidade de identificar a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito 10. Por exemplo, se o controlador 20 na perna de distribuição 1 detectar que uma forma de onda de corrente naquela perna de distribuição produzida pelo distúrbio elétrico for anterior a uma forma de onda de tensão correspondente, então a localização do distúrbio elétrico pode ser identificada como estando naquela perna de distribuição particular 1. Tal perna de distribuição particular 1 pode então ser isolada do restante do circuito 10, por exemplo, usando o comutador 40. Se a forma de onda de corrente na perna de distribuição 1 produzida por um distúrbio elétrico não for anterior à forma de onda de tensão correspondente, então a localização do distúrbio elétrico pode ser identificada como estando em qualquer lugar, por exemplo no lado de fonte de energia 20 do circuito 10 ou em outra perna de distribuição 2 ... N. A Figura 2 mostra um exemplo mais detalhado do circuito 10, mas somente com uma perna de distribuição 1 é ilustrada. A energia da fonte 20 é abastecida ao comutador de isolamento 40 através de um cabo 21 com indutância inerente LS. A energia é abastecida para fora do comutador 40 à carga através de um segundo cabo 22 com indutância inerente L1. O controlador 30 mede os parâmetros Vs (tensão para retorno) e a corrente I (corrente de carga) no segundo cabo 22. O controlador 30 está disposto para medir a tensão Vs por quaisquer meios adequados tais como, por exemplo, um medidor de volt adequado e para medir a corrente I por quaisquer meios adequados, tais como, por exemplo, um amperímetro adequado. Neste exemplo, um sinal indicativo da tensão Vs é comunicado ao controlador 30 através da linha 31 e um sinal indicativo da corrente I é comunicado ao controlador 30 através de uma linha 32.

Se for apresentada uma falha na perna de distribuição 1 do circuito, a fonte de energia 20 pode experimentar perturbações periódicas de tensão. A falha pode, por exemplo, ser resultado de um curto-circuito, circuito aberto ou evento de raio e pode produzir um arco que pode estar em série com a carga ou pode arquear ao solo através da carga resultando em um arco paralelo. A carga pode ter uma impedância complexa e desconhecida que pode ser representada como a capacitância C e resistência R em paralelo, conforme ilustrado na Figura 2.

Um método conveniente para determinar a fase relativa das formas de onda de corrente e tensão através da indutância L1 da perna de distribuição 1 durante um distúrbio elétrico se dá por meio de cálculo do sinal (positivo ou negativo) da indutância L1 da perna de distribuição 1. Se Vs, I e Vc (a tensão através do componente capacitivo C da carga) forem conhecidos, por exemplo, por medição, então a indutância L1 da perna de distribuição 1 pode ser calculada a partir da fórmula: VL = L1. di/dt em que V|_ = Vs -Vc Vc não é medida. Como a média de tensão através da indutância L1 da perna de distribuição 1 é zero, Vc pode ser aproximado por uma versão filtrada por passa-baixo de Vs mostrada como Vc’.

Quando a indutância L1 da perna de distribuição 1 é calculada a partir de Vs, Vc' e I, verificou-se que as perturbações que ocorrem fora da perna de distribuição 1 resultam em um valor positivo para L1 enquanto as perturbações que ocorrem dentro da perna de distribuição 1 resultam em um valor negativo para L1. Determinar o sinal (positivo ou negativo) do valor de L1 enquanto a tensão e/ou corrente são perturbadas, permite que a localização do distúrbio elétrico esteja tanto dentro da perna de distribuição 1 como externamente da perna de distribuição 1 a ser determinada. O controlador 30, que pode ser alojado dentro do comutador 40 ou separadamente a partir do comutador ou do circuito inteiro 10, por exemplo, em um sistema de controle externo, o microprocessador ou computador, por exemplo, poderia medir Vs e I, e calcular Vc' e L1 e assim, determinar a presença de uma falha ou arco dentro da perna de distribuição 1.

Com a finalidade de reduzir a probabilidade ou erros, por exemplo, do ruído elétrico dentro do circuito, a contagem adicional de filtragem e/ou evento pode ser incluída para ganhar confiança na detecção da presença de uma falha em uma perna de distribuição particular 1. Aquela perna de distribuição pode então ser isolada, por exemplo, pelo controlador 30 dispondo a abertura do comutador 40 através da linha de controle 33. A indutância L1 da perna de distribuição 1 e o valor aproximado da tensão através do componente capacitivo da carga Vcl pode ser determinado usando as equações fornecidas abaixo. As equações são apresentada em período discreto e a anotação n, n-1 representa os últimos valores anteriores de um perímetro através de sucessivos ciclos de cálculo. A= (1-k) (Vs(n)-Vc’(n-1)) em que k é uma constante de filtro com um valor típico de aproximadamente 0,1 L1 =t. A/(l(n)-l(n-1)) em que t é o intervalo de tempo da amostra Vc'(n)= Vs(n)-A quando usado em um circuito 10 com uma pluralidade de pernas de distribuição 1,2 ... N conforme mostrado 1 por exemplo, um controlador 30, para determinar a presença de uma falha pode estar situado em cada perna de distribuição 1,2... N se desejado. A Figura 3 mostra exemplos de formas de onda produzidas de tensão (Vs) e de corrente (I) através da indutância L1 em uma perna de distribuição 1 quando uma falha ocorre naquela perna de distribuição 1. Conforme pode ser visto, a forma de onda de tensão ocorre após a forma de onda de corrente. Em particular, o pico de tensão ocorre após o pico de corrente. Conforme também mostrado na Figura 3, uma indutância detectada L1 na perna de distribuição 1 terá um valor negativo no período do distúrbio elétrico. A Figura 4 mostra um exemplo de formas de onda de tensão e de corrente produzidas em uma perna de distribuição que resulta a partir de um distúrbio elétrico externo àquela perna de distribuição, por exemplo no lado de fonte do circuito ou em uma perna de distribuição diferente 2 ... N. Conforme pode ser visto nas formas de onda da Figura 4, neste exemplo, a forma de onda de tensão Vs ocorre antes da forma de onda da corrente I. Em particular, a tensão de pico Vs ocorre antes da corrente de pico I. Conforme também mostrado na Figura 4, a indutância L1 na perna de distribuição 1 tem um valor positivo durante o distúrbio elétrico. Desde que a forma de onda de tensão (Vs) ocorra antes da forma de onda da corrente (I) e a indutância L1 na perna de distribuição 1 tenha um valor positivo, pode ser determinado que o distúrbio ocorrido externamente à perna de distribuição 1, por exemplo, no lado da fonte 20 do circuito 10 ou em outra perna de distribuição 2 ... N.

Uma indicação da localização de um distúrbio elétrico dentro de um circuito, por exemplo, tanto no lado de carga como lado de fonte de um circuito e/ou dentro do qual um de um número de pernas de distribuição pode resultar em isolamento da parte do circuito de modo que o restante do circuito pode continuar em operação. Uma indicação da parte do circuito que sofreu o distúrbio elétrico pode também ser fornecida a um usuário, tal como em um painel de exibição ou interface gráfica de usuário, de modo que um usuário é capaz de examinar aquela parte do circuito que experimentou o distúrbio elétrico. A Figura 5 mostra uma técnica para reduzir efeitos de ruído ao determinar a localização de um distúrbio elétrico dentro do circuito 10. Neste exemplo, as amostras da tensão Vs e da corrente I são tomadas em cada uma de um número de janelas de tempo 100,200,300 simultaneamente em cada forma de onda Vs, I. Os resultados de cada forma de onda Vs, I podem ser ponderados sobre uma pluralidade das janelas de tempo 100, 200, 300 para obter uma média, reduzir os efeitos de ruído e apresentar resultados mais precisos. Claramente, qualquer número apropriado de janelas de tempo pode ser usado e as janelas podem ter qualquer comprimento apropriado.

Podem ser feitas muitas variações dos exemplos descritos acima enquanto ainda dentro do escopo da presente invenção. Por exemplo, a fase relativa de formas de onda de corrente e tensão através da indutância de circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão pode ser determinada por qualquer técnica apropriada, tal como por comparação de vezes nas quais a tensão e pico de correntes ocorrem como uma alternativa para determinar o sinal (positivo ou negativo) da indutância dentro da perna de distribuição. Além do mais, o controlador 30 pode ser dotado de qualquer técnica apropriada, tal como um componente situado dentro do circuito ou dentro do mecanismo comutador 40 e/ou pode, pelo menos parcialmente, ser dotado de um ou mais componentes externos ao circuito 10 do qual a maioria pode não incluir um microprocessador ou computador.

Claims

1. APARELHO, para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito, sendo que o aparelho compreende: um ou mais sensores para determinar as fase relativa de formas de onda de corrente e tensão através da indutância de circuito de uma porção do circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão; e um controlador disposto para identificar a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito a partir da fase relativa de formas de onda de corrente e tensão.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que o controlador está disposto para isolar uma porção de um circuito que inclui a localização na qual o distúrbio elétrico foi identificado como ocorrente.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, em que o controlador está disposto para isolar a porção do circuito na qual o distúrbio elétrico foi identificado como ocorrente ao abrir um comutador.

4. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o controlador está disposto para determinar a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito produzida por perturbação de tensão ou corrente ao determinar a indutância de uma porção do circuito.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 4, em que a indutância em uma porção do circuito é determinada com base na taxa de mudança de corrente através daquela porção do circuito, da tensão através daquela porção do circuito e da tensão através do componente capacitivo de uma carga dentro daquela porção do circuito.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, em que a tensão através do componente capacitivo de uma carga dentro daquela porção do circuito é medida por meio de filtragem por passa-baixo da tensão através daquela porção do circuito.

7. CIRCUITO, que inclui uma porção de fonte de energia e uma ou mais pernas de distribuição, sendo que cada uma inclui uma carga e um aparelho, conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o aparelho está disposto para identificar a localização de um distúrbio elétrico dentro da porção de fonte de energia ou da uma ou mais pernas de distribuição.

8. CIRCUITO, de acordo com a reivindicação 7, que inclui uma pluralidade de pernas de distribuição e um aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, situado em cada uma das pernas de distribuição para identificar se um distúrbio elétrico ocorre em uma perna particular dentre a pluralidade de pernas de distribuição.

9. MÉTODO PARA DETERMINAR A LOCALIZAÇÃO DE UM DISTÚRBIO ELÉTRICO EM UM CIRCUITO, sendo que o método compreende determinar a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito de uma porção do circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão do circuito e identificar a localização do distúrbio elétrico dentro do circuito a partir da fase relativa determinada das formas de onda de tensão e corrente naquela porção do circuito.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, em que a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente através da indutância de circuito produzida por perturbação de corrente ou tensão é determinada por meio de cálculo do sinal (positivo ou negativo) da indutância do circuito durante a tensão ou perturbação de corrente.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, em que a fase relativa de formas de onda de tensão e corrente produzidas por perturbação de corrente ou tensão são determinadas por cada uma dentre uma pluralidade de pernas de distribuição, sendo que cada uma supre uma carga diferente do circuito, de modo que a perna de distribuição na qual a perturbação de corrente ou tensão ocorrida possa ser identificada.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, em que a porção do circuito identificada ao incluir a localização de um distúrbio elétrico é isolada do restante do circuito.

13. APARELHO, para determinar a localização de um distúrbio elétrico em um circuito substancialmente conforme descrito anteriormente no presente documento em referência aos desenhos anexos.

14. MÉTODO PARA DETERMINAR A LOCALIZAÇÃO DE UM DISTÚRBIO ELÉTRICO EM UM CIRCUITO, substancialmente conforme descrito anteriormente no presente documento em referência aos desenhos anexos.