BR102014007710A2 - método para detectar e prever uma falha elétrica em um nó de uma rede elétrica - Google Patents

Abstract

método para detectar e prever uma falha elétrica em um nó de uma rede elétrica. trata-se de um método para prever uma falha elétrica em uma rede elétrica, em que um sinal indicativo de uma transmissão é recebido, comparado a um sinal de referência, uma determinação é realizada e, se a comparação sugerir uma falha, indicar a determinação da falha

Description

“MÉTODO PARA DETECTAR E PREVER UMA FALHA ELÉTRICA EM UM j NÓ DE UMA REDE ELÉTRICA” Fundamentos da Invenção Cabos para sinais transmissíveis, tais como de energia ou de dados, possibilitam a transmissão dos sinais transmissíveis a partir de uma origem para um destino. Tais cabos têm uma variedade de aplicações, e são bem adaptados para distâncias de transmissão longas ou curtas entre recursos ou dispositivos.

Um sinal que se desloca ao longo de uma linha de transmissão elétrica será, de parcial ou completamente, refletido na direção oposta quando o sinal que se desloca encontrar uma descontinuidade nos parâmetros de transmissão da linha. Reflexões podem ocorrer, por exemplo, quando uma linha de transmissão tiver falhado, ou estiver prestes a falhar. As reflexões de linha causam vários efeitos indesejáveis, conforme o sinal de origem se combina com o sinal refletido. O sinal de origem pode causar falhas intermitentes, degradação de sinal, e até danificar os dispositivos conectados no nó afetado. Eletrônicos sensíveis podem registrar os efeitos indesejáveis como falhas dos componentes quando as reflexões são a verdadeira causa. ,v Quando as reflexões de linha de transmissão ocorrem, um dispositivo, aplicação, ou nó elétrico pode ser desconectado ou fora de serviço para diagnóstico e reparo.

Breve Descrição da Invenção A invenção refere-se a um método de detecção e prevenção de uma falha elétrica em um nó de uma rede elétrica, o método inclui receber um sinal de monitor indicativo de um sinal de transmissão no nó, comparado a um sinal de monitor para um sinal de transmissão de referência, que determina uma falha quando a comparação satisfizer um limite de falha, e indica a determinação da falha.

Breve Descrição dos Desenhos Nos desenhos: A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma rede elétrica com uma falha- que detecta e previne circuito. A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma rede elétrica com um circuito de prevenção ou detecção de falha, de acordo com uma segunda realização da invenção.

Descrição das Realizações da Invenção As realizações da presente invenção são relacionadas a um método de detecção ou prevenção de uma falha elétrica em um nó de uma rede elétrica que transmite pelo menos um sinal transmissível. Qualquer tipo de elemento transmissível é concebido, exemplos do qual incluem transmissões elétricas de dados. Ademais, qualquer propósito pode ser servido através do sinal transmissível, tal como fornecer energia ou dados para transmissão. A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma rede elétrica 2 para uma realização da invenção. Deve ser notado que a rede elétrica 2 pode ser de iqualquer tipo de rede elétrica, em que energia e/ou dados são transmitidos. É mais especificamente contemplado que a rede elétrica 2 é uma rede elétrica de distribuição de energia elétrica para uma aeronave, e/ou uma rede elétrica de comunicação de dados para uma aeronave. A rede elétrica 2 compreende uma origem 14 e um destino 16 conectados através de um cabo de transmissão 10. Um circuito de previsão de falha 18 é acoplado ao cabo de transmissão 10 no nó 4 e recebe como entrada um indicativo sinal de monitor 20 de um sinal de transmissão 12 no cabo 10.

Um gerador de sinal de transmissão 6 fornece um sinal de transmissão de referência 22, que é uma versão idealizada ou versão sem falhas do sinal de transmissão 12, para o circuito de previsão de falha 18. Uma unidade de armazenamento 54 opcional recebe e guarda uma saída de indicador de falha 26 a parftir do circuito de previsão de falha 18. Adicionalmente, embora a rede elétrica 2 seja ilustrada com um único cabo 10 que tem um único nó 4, a rede elétrica 2 pode ter qualquer número de cabos e nódulos, sendo que apenas um é ilustrado por conveniência. Além disso, o nó 4 e o sinal de monitor 20 correspondente podem estar localizados em qualquer ponto desejado do cabo.

Em operação, o sinal de transmissão 12 pode ser transmitido a partir da origem 14 para o destino 16, e, com isso, passa através de um nó 4, em que o sinal de monitor 20 é passado para o circuito de previsão de falha 18, que processa o sinal de monitor 20 quanto a uma falha através da comparação de sinal de monitor 20 com o sinal de transmissão de referência 22.

Ao conduzir a comparação, o circuito de previsão de falha 18 compara o sinal de monitor 20 com um limite de falha ou um faixa de limite de falha relativa ao sinal de transmissão de referência 22. Em outras palavras, o circuito de previsão de falha 18 é configurado para identificar uma falha quando o sinal jde monitor 20 se desvia do sinal de transmissão de referência 22 através da quantia particular.

Quando o circuito de previsão de falha 18 prevê uma falha, o circuito de previsão de falha 18 emite uma saída de indicador de falha 26, que a unidade de armazenamento 54 pode escrever como um evento de dados de falha para o dispositivo de memória que inclui o momento da falha. A unidade de armazenamento 54 pode ser acoplada a uma grande quantidade de circuito de previsão de falhas 18, caso em que a unidade de armazenamento 54 pode registrar dados de falha adicionais, tal como a localização do cabo de transmissão 10. A unidade de armazenamento 54 pode alternativamente registrar; falha de dados, tal como a operação do sinal de transmissão 12 no momento da falha, o número de falhas registradas durante um período de tempo, o número de falhas repetidas em um particular cabo de transmissão, etc. OS dados de falha podem ser armazenados na unidade de armazenamento 54 para recuperação subsequente. A Figura 2 ilustra uma rede elétrica alternativa 102 de acordo com uma segundo realização da invenção. A segunda realização é parecida com a primeira realização; portanto, partes semelhantes serão identificadas com numerais semelhantes aumentados em 100, ficando com isso entendido que a descrição das partes semelhantes da primeira realização se aplica à segunda realização, a não ser que seja observado de outra forma. Uma diferença entre a primeira realização e a segunda realização é que o circuito de previsão de falha 118 inclui um exemplo de um circuito particular para identificar uma falha elétrica. O circuito de previsão de falha 118 é mostrado compreendendo uma corrente! contínua positiva (CC) de origem de energia 28, uma origem de energia ÍBO de CC negativa, um primeiro diodo 32, um segundo diodo 34, um primeiro resistor 36, e um segundo resistor 38. Uma parcela do circuito de previsão de falha 118 é oferecida de modo que os seguintes componentes sejam conectados, respectivamente, em uma configuração em série: a origem de energia 28 de DC positiva, o primeiro resistor 36, o primeiro diodo 32, o segundo diodo 34, o segundo resistor 38, e a origem de energia 30 de CC negativa. Essa parcela do circuito de previsão de falha 118 recebe como entrada p sinal de transmissão de referência 22 entre o primeiro diodo 32 e o segundo; diodo 34. O circuito de previsão de falha 118 compreende adicionalmente um nó de sinal 40 de limite de falha alto, posicionado entre o primeiro resistor 36 e o primeiro diodo 32, e um nó de sinal 42 de limite de falha baixo, posicionado entre o segundo resistor 38 e o segundo diodo 34. Além disso, conforme ilustrado, o circuito de previsão de falha 118 inclui um amplificador operacional (op-amp) 44 de lado alto que tem duas entradas e uma saída, e um amplificador operacional 46 de lado baixo que tem duas entradas e uma saída. O amplificador operacional 44 de lado alto recebe, como entrada, o sinal de monitor 20 e o nó de sinal 40 de limite de falha alto. O amplificador operacional 46 de lado baixo recebe como entrada o sinal de monitor 20 e o nó de sinal 42 de limite^ de falha baixo.

Cada saída de lado alto e de amplificador operacional de lado baixo 44, 46 conectada com um diodo de catodo 48 polarizado invertido de modo normal, com as extremidades opostas ou anodo de cada diodo 48 que conecta a um nó de falha 50 comum. O nó de falha 50 fornece uma entrada para um chip de circuito (IC) 52 integrado opcional que tem uma entrada de sinal claro 24 adicional, recebida através de uma origem externa para o circuito de previsão de falha 118, e a saída de indicador de falha 26. O nó de falha 50 pode adicionalmente compreender um conjunto de componentes adequados de modo que o nó de falha 50 possa traduzir propriamente a saída de sinal dos diodos 48 para uma entrada lógica digital aceitável do chip de IC 52.

Adicionalmente, o circuito de previsão de falha 118 sem o chip de IC 52 opcional e uma entrada de sinal claro 24 é concebido, sendo que o nó de falha 5(j é diretamente mapeado para a saída de indicador de falha 26 do circuito 118. A entrada de sinal claro 24 pode ser recebida a partir de qualquer dispositivo que permita a transmissão de pelo menos dois sinais diferentes. Em um exemplo, pode ser um botão de pressão físico que permite que um sinal alto seja transmitido para o chip de IC. Em outro exemplo, pode ser a saída elétrica de um sinal alto a partir de outro dispositivo, tal como a unidade de armazenamento 54.

Quando a tensão de sinal de monitor 20 está abaixo da tensão de nó de sinal 40 de limite de falha alto o amplificador operacional de lado alto irá emitir um sinal alto. Se a tensão do sinal de monitor 20 for mais alta do que a tensão de nó de sinal 40 de limite de falha alto, o amplificador operacional de lado alto irá emitir um sinal baixo. Da mesma forma, se a tensão do sinal de monitor 20 estiver acima da tensão do nó de sinal 42 de limite de falha baixo, o amplificador operacional de lado baixo irá emitir um sinal alto. Se a tensão do sinal de monitor 20 for mais baixa do que a tensão de nó de sinal de limite de falha baixo 42, o amplificador operacional de lado baixo irá emitir um sinal baixo.

Essa configuração opera de modo que o nó de falha 50 tenha um sinal alto quando ambos os amplificadores operacionais de lado alto e de lado baixo 44, 46 emitirem um sinal alto. No entanto, quando o lado alto, o lado baixo, ομ ambos amplificadores operacionais 44, 46 emitirem um sinal baixo, o nó de falha 50 terá um sinal baixo. O chip de IC 52 é configurado para produzir um sinal baixo, ou nenhum sinal, embora esse receba um sinal alto no nó de falha 50. Reciprocamente, o chip de IC 52 é configurado para produzir um sinal alto na saída do indicador de falha 26 quando o mesmo recebe um sinal baixo no nó de falha: 50. Além disso, o chip de IC 52 é configurado de modo que uma vez que recéba um sinal baixo no nó de falha 50, o chip 52 continuará a produzir o sinal alto na saída do indicador de falha 26 independentemente de qualquer entrada posterior a partir do nó de falha 50, até que o chip 52 receba um sinal claro a partir da entrada 24 de sinal claro.

Em operação da rede elétrica 102 da segunda realização, o sinal de transmissão 12 pode ser transmitido a partir da origem 14 para o destino 16, e, com isso, passa através de um nó 4, em que o sinal de monitor 20 é passado para a predição de falha e circuito de detecção 118, que processa o sinal de monitor 20 pra uma falha através de comparar o sinal de monitor com o sinal de transmissão de referência 22.

A configuração sobre cada valor de nó de sinal de limite de falha alto e baixo 40, 42 é pré-selecionada para definir uma faixa de sinal de limite de falha por comparação. Os primeiros e segundos resistores 36, 38 são selecionados, respectivamente, com referência a origem de energia 28 de CC positiva, a origem de energia 30 de CC negativa, e as características elétricas dos primeiros e segundos diodos 32, 34, a fim de definir os valores de tensão nos nós: de sinal de limite de falha alto e baixo 40, 42. Por exemplo, se a origem de energia 28 de CC positiva é conhecida por ser +10V, a origem de energia 30 de CC negativa é conhecida por ser -10V, cada primeiro e segundo diodos 32, 34 operam com uma queda 0,7V típica, e o primeiro e segundo resistor 36, 38 podem ser selecionados para serem 22 ΚΩ cada, os desejados valores de nós de sinal de limite de falha alto e baixo 40, 42 são, respectijamente, +0,7 V acima do sinal de referência 22 e -0.7 abaixo do sinal referência 22. Esse exemplo é mostrado como um exemplo por meio de qual um envelope de limites aceitáveis é derivado e de modo nenhum devem ser entendidjos como limite definitivo ou método de configuração de um limite de fronteira.

Ao conduzir a comparação, o circuito de previsão de falha 118 compara o sinal de monitor 20 com os nós de sinal de limite de falha alto e baixo 40,42 com o uso de amplificadores operacionais de lado alto e de lado baixo 44, 46. Uma falha ocorre, sendo que a comparação satisfaz um limite de falha, isto é, quando a comparação indica que o sinal de monitor 20 encontra-se fora de uma faixa de limite de falha. Nessa realização da invenção, o sinal de monitor 20 ficará fora de uma faixa de limite de falha quando o sinal de monitor 20 for maior do que o sinal 40 de limite de falha alto ou o sinal de monitor 20 estiver abaixo do sinal 42 de limite de falha baixo. A injeção do sinal 22 para essas funções do circuito de modo que o lado alto e o limites de falha baixos também possam ser dinâmicos a fim de também serem úteis para predição de falha dos sinais de variação de tempo.

Quando o circuito de previsão de falha 118 determina que uma falha ocorreu, o circuito 118 indica a determinação da falha na saída 26 de indicador de falha. O circuito de previsão de falha 118 continua a indicar que uma falha ocorreu até que o circuito 118 seja reinicializado através da entrada de sinal claro 24, após o qual o circuito 118 começa a monitoração do nó da rede elétrica de novo.

Muitas outras possíveis realizações e configurações além das que são mostradas nas Figuras acima são contempladas através da presente revelação. Por exemplo, uma realização da invenção contempla a inversão de sinais lójgicos altos e baixos. Além disso, uma tal realização da invenção pode embutir 0 circuito de previsão de falha 18 e a unidade de armazenamento 54 em um unico circuito integrado, como parte de um sistema elétrico de maior alcance.j Adicionalmente, o modelo e a localização de vários componentes podem àer reorganizados de modo que várias diferentes configurações em linha possam ser realizadas, tal como com a inclusão de filtros de ruídos transientes ou diodos de fixação conforme necessário. Adicionalmente, outra realização do circuito pode varrer várias redes que tem as mesmas ou semelhantes características através de multiplexação por meio de opções analógicas adicionais ou relés de um ou ambos, o sinal 6 de referência e o sinal 20 monitorado, para auxiliar a monitoração de uma coleção de sinais.

Em outra realização, após a unidade de armazenamento 54 registraria falha de dados, a unidade de armazenamento 54 pode reinicializar o circuito c|e previsão de falha 118 através do envio de um entrada de sinal claro 24 para jo chip de IC 52. Nesse sentido, a unidade de armazenamento 54 e o chip de IC 52 opcional operam para gerenciar o controle de falha do circuito de previsão de falha 118, quando necessário. Ademais, se o circuito de previsão de falha 118 detectar uma falha, o sinal de saída 26 de indicador de falha pode ser usadp para empregar mecanismos de segurança de modo que a falha seja controlada de modo seguro através da execução de um curso predeterminado de eventos tal como a comutação para redes de backup ou desligando um sistema de uma maneira segura.

As realizações reveladas no presente documento fornecem um método de prevenção de uma falha elétrica em um nó de uma rede elétrica. Uma vantagem que pode ser percebida nas realizações acima é que a falha de dados pode ser usada através de equipe de manutenção para indicar uma falha ou um cabo de transmissão de falha. A detecção precoce e o reparo de defeitos de cabo de transmissão traduzem para maior confiabilidade e qualidadle da rede elétrica. Além disso, as realizações da atual invenção resultam! em vantagens comerciais superiores, em parte devido a menos tempo gasto nã fase de diagnóstico de reparos e recertificação. Essas vantagens, por sua vez, produzem um tempo de funcionamento de rede elétrica mais alto e baixo custo de reparo. Essas vantagens são particularmente importantes no que diz respeito a eletrônicos de classe 3, tal como monitoramento de aeronave e de usina de energia nuclear.

Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, que incluem o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer pessoa versada . na técnica pratique a invenção, inclusive produzindo e usando quaisquér dispositivos ou sistema e realizando quaisquer dos métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido através das reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram para aqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a ser abrangidos pelo escopo das reivindicações, se esses tem elementos estruturais equivalentes que não se diferem a partir da linguagem literal das reivindicações, ou se esses incluem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais a partir da linguagem literal das reivindicações.

Claims (11)

1. MÉTODO PARA DETECTAR E PREVER UMA FALHA ELÉTRICA EM UM NÓ (4) DE UMA REDE ELÉTRICA (2), sendo que o método compreende: Receber um sinal de monitor (20) indicativo de um sinal de transmissão (12) no nó (4); Comparar o sinal de monitor (20) a um sinal de transmissão de referência (22); Determinar uma falha quando a comparação satisfizer um limite de falha; e Indicar a determinação da falha.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que o recebimento compreende receber o sinal de monitor (20) em tempo real com o sinal de transmissão (12).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que o recebimento compreende receber o sinal de transmissão (12) como o sinal de monitor (20).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que o sinal de transmissão de referência (22) está ligado ao sinal de transmissão (12).

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, em que o sinal de transmissão de referência (22) é uma versão sem falhas do sinal de transmissão (12).

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a comparação que satisfaz um limite de falha compreende o sinal de monitor (20) que está fora de uma faixa de limite de falha.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a comparação que satisfaz um limite de falha compreende o sinal de monitor (20) que é superior a um limite de falha alto (40).

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, em que a comparação que satisfaz um limite de falha compreende o sinal de monitor (20) que é inferior a um limite de falha baixo (42).

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a indicação compreende a gravação da falha para recuperação subsequente.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, em que a gravação da falha compreende armazenar a falha em um dispositivo de memória 54.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende, ainda, limpara falha após a indicação.