BR102014019310A2 - método de verificar o funcionamento correto de um detector de falha/transiente de arco e sistema de suprimento de energia elétrica - Google Patents
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Abstract
método de verificar o funcionamento correto de um detector de falha/transiente de arco e sistema de suprimento de energia elétrica. trata-se de uma testagem embutida de detectores para a detecção de falhas ou transientes de arco elétrico, onde o detector é integrado em um ou eletricamente acoplado a um sistema de suprimento de energia elétrica.
Description
“MÉTODO DE VERIFICAR O FUNCIONAMENTO CORRETO DE UM DETECTOR DE FALHA/TRANSSENTE DE ARCO E SISTEMA DE SUPRIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA" Campo da Técnica [001] A presente invenção refere-se a uma testagem embutida de detectores para a detecção de falhas ou transientes de arco elétrico, onde o detector é integrado em um ou eletricamente acoplado a um sistema de suprimento de energia elétrica. Aspectos da invenção também permitem relatar (a um usuário) uma indicação da operabilidade funcional do detector que resulta da testagem.
Antecedentes da Técnica [002] Sistemas de suprimento de energia elétrica são conhecidos que incorporam detectores adaptados para detectar e lograr falhas ou transientes de arco elétrico. Eventos de falhas/transiente de arco podem se manifestar como impulsos de corrente e/ou tensão em excesso da taxação de componentes individuais do sistema de suprimento de energia. Sem intervenção, tais falhas/transientes de arco são potencialmente prejudiciais a cargas de fiação e a jusante do sistema de suprimento de energia. O dano pode não ser confinado ao sistema de suprimento de energia que experimenta diretamente o evento de falha/transiente de arco, mas pode propagar para outros sistemas próximos (por exemplo, devido a um acúmulo de calor excessivo que pode resultar de uma falha/transiente de arco). Além disso, tais eventos de falha/transiente de arco são também perigosos para um usuário do sistema de suprimento de energia para o propósito desse documento, os termos "detector" e "detector de falha/transiente de arco” são usados de modo intercambiável.
[003] É sabido que disjuntores são usados em aplicações industriais e domésticas para proteger contra os efeitos de falhas e transientes de arco elétrico, sendo que o disjuntor fornece uma chave de desligamento operada automaticamente designada para se liberar mediante detecção de uma condição de falha e dessa forma interromper o fluxo atual para proteger componentes elétricos a jusante do disjuntor de dano consequente. Conhecidos no campo de semicondutores estão controladores de energia de estado sólido (SSPC). SSPCs são usados para controlar tensão e/ou corrente supridas para uma carga e incorporar circuitos para identificar condições de sobrecarga. Em essência, um SSPC funciona como uma forma de disjuntor, que incorpora uma chave de desligamento e um detector para detectar uma falha ou transiente de arco e dessa forma agir para abrir ("liberar”) a chave de desligamento.
[004] Na técnica antecedente delineada acima, a habilidade de liberar uma chave de desligamento é dependente de funcionamento apropriado do detector de falha/transiente de arco. Condições de falha no detector podem se manifestar como um fracasso em detectar a presença da ocorrência de uma falha/transiente de arco, que pode resultar na chave de desligamento falhar em se liberar e o risco da carga e do usuário serem expostos a níveis de corrente e tensão elétrica potencialmente perigosos. Adicionalmente, conforme indicado acima, há um risco do evento de falha/transiente de arco que causa dano indireto e falhas a sistemas adjacentes. Fracassos em detecção podem ter implicações de segurança desastrosas; por exemplo, no caso de uma aeronave que incorpora sistema de suprimento de energia elétrica que incluem tais detectores e chaves de desligamento para detectar e anular os efeitos de quaisquer falhas/transientes de arco, o fracasso em detectar uma falha e liberar o fluxo de corrente da fonte de alimentação traria o risco de fogo e perda de uma aeronave. Condições de falha em um detector podem também se manifestar como indicação da presença de uma falha/transiente de arco onde não existe tal falha/transiente de arco - a liberação resultante da chave desligamento é denominada no presente documento como uma “liberação de distúrbio”. É altamente desejável para tais liberações de distúrbio serem evitadas pela razão de que interrompem desnecessariamente a operação contínua de cargas energizadas pela fonte de alimentação do sistema de suprimento. Assim como é inconveniente, onde tais cargas desempenham uma função de segurança, tais liberações de distúrbio são potencialmente perigosas por poderem levar a cortes de energia não programados durante os quais a função de segurança não está disponível.
[005] Embora a testagem de um detector de falha/transiente de arco anterior a sua instalação e emprego em um sistema de suprimento de energia elétrica seja fácil de realizar, tal testagem não trata quaisquer fracassos ou erros no funcionamento de detector que ocorre durante e após a instalação e o emprego. Embora possa ser possível remover um detector do sistema de suprimento de energia após comissionar para habilitar o detector a ser testado longe do sistema, a remoção aumentaria a duração em que o sistema de suprimento de energia está fora de uso, com tempo exigido para remover o detector do sistema, testar o detector e então reinstalar o detector dentro do sistema. Adicionalmente, em algumas aplicações tais detectores podem ser localizados em localizações inacessíveis ou de difícil acesso, que dessa forma aumentam a quantidade de tempo de manutenção exigido para remover o detector. Um exemplo de localizações inacessíveis e de difícil acesso é para sistemas de suprimento de energia elétrica usados em aeronaves, com tais sistemas frequentemente instalados em ambientes estreitos e ao lado de múltiplos outros sistemas de aeronave.
[006] Dados esses problemas, há uma necessidade de estar apto a verificar o funcionamento correto de um detector de falha/transiente de arco elétrico sem necessitar de remoção do detector de um sistema de suprimento de energia elétrica de que forma parte.
Breve Descrição [007] Em conformidade, um primeiro aspecto da invenção fornece um método de verificar o funcionamento correto de um detector de falha/transiente de arco, sendo que o método compreende fornecer um sistema de suprimento de energia elétrica, em que o sistema inclui um circuito que compreende: [008] uma fonte de alimentação para fornecer energia elétrica a uma carga;
[009] uma chave de desligamento fornecida em um trajeto condutivo eletricamente entre a fonte de alimentação e a carga, sendo que a chave de desligamento tem uma posição aberta e uma posição fechada; e [010] uma chave de teste fornecida entre uma saída da chave de desligamento e um aterramento para formar um anel de curto-circuito no circuito, sendo que a chave de teste tem uma posição aberta para quebrar a continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento e uma posição fechada para fornecer continuidade elétrica do circuito curto para o aterramento;
[011] em que o sistema compreende adicionalmente um detector de falha/transiente de arco operável para monitorar uma taxa de mudança em uma ou as duas dentre uma corrente ou uma tensão no circuito, o detector cooperável com a chave de desligamento para liberar a chave de desligamento da posição fechada à posição aberta se a taxa identificada de mudança exceder um valor predeterminado;
[012] em que o método compreende adicionalmente comutar a chave de teste e a chave de desligamento de modo seletivo de modo a: a) fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento para dessa forma estabelecer um curto-circuito entre a saída da chave de desligamento e o aterramento e, por conseguinte um ou os dois dentre: b) injetar um fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; e/ou c) encerrar um fluxo injetado de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito;
[013] sendo que o método compreende adicionalmente: [014] monitorar com o uso do detector de falha/transiente de arco quanto a uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela injeção/encerramento do fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; e [015] determinar uma condição funcional do detector com base no monitoramento, em que o funcionamento defeituoso do detector corresponde à condição seguinte ser atendida: o detector que falha em detectar a taxa induzida de mudança durante o monitoramento.
[016] É previsto que o detector seria eletricamente acoplado ao circuito. Convenientemente, o detector seria integrado ao circuito, o que significa que seria uma parte integral do circuito do sistema de suprimento de energia elétrica.
[017] Durante operação normal do sistema de suprimento de energia elétrica, a chave de teste estaria em sua posição aberta e a chave de desligamento em sua posição fechada, que dessa forma habilita a fonte de alimentação a fornecer corrente elétrica para a carga. Presumindo-se que o detector funciona corretamente, a ocorrência de uma falha/transiente de arco seria detectada pelo detector, sendo que o detector então age para liberar a chave de desligamento para sua posição aberta e dessa forma encerrar o fluxo atual da fonte de alimentação para a carga.
[018] A invenção usa o anel de curto-circuito no sistema de suprimento de energia elétrica e comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento para verificar o funcionamento correto do detector de falha/transiente de arco. A fonte de alimentação do sistema de suprimento de energia elétrica fornece o sistema com uma fonte de alimentação embutida que pode ser usada em conjunção com a comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento para induzir uma corrente de transiente/tensão para o anel de curto-circuito. A corrente de transiente/tensão simula o efeito geral de uma falha/transiente de arco. Um efeito benéfico da invenção é que evita a necessidade de acoplar uma fonte de alimentação externa ao sistema para induzir a corrente de transiente/tensão necessária para verificar o funcionamento correto do detector. A invenção fornece uma forma simplificada de verificar o funcionamento correto de um detector de falha/transiente de arco de um sistema de suprimento de energia elétrica com o uso de componentes inerentes ao próprio sistema e que dessa forma evita remoção do detector do sistema. Isso, portanto reduz o tempo exigido pela manutenção do sistema de suprimento de energia elétrica.
[019] A indução de tal corrente de transiente/tensão simula o que aconteceria no evento de uma falha/transiente de arco. A habilidade do detector de detectar essa corrente de transiente/tensão induzida durante o monitoramento fornece a habilidade de verificar o funcionamento correto do detector. Uma falha do detector para detectar a corrente de transiente/tensão induzida seria indicativa de funcionamento defeituoso do detector. O caso contrário seria que a detecção pelo detector da corrente de transiente/tensão induzida seria indicativa de o detector funcionar corretamente.
[020] A invenção é aplicável para o uso em ambos os sistemas de suprimento de energia de corrente contínua (CC) e de corrente alternada (CA).
[021] Em um aspecto, a comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento compreende etapas sucessivas de: 1) fornecer a chave de desligamento em sua posição aberta e a chave de teste em sua posição fechada para dessa forma, respectivamente i) quebrar a continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente e ii) fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento e estabelecer o curto-circuito; 2) comutar, por conseguinte, a chave de desligamento para sua posição fechada para fornecer continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente e injetar um fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito.
[022] No aspecto acima, o monitoramento em uma realização, compreende monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela etapa 2, em que a condição que corresponde a um funcionamento defeituoso do detector compreende o detector que falha em detectar a taxa de mudança induzida pela etapa 2.
[023] Convenientemente, o método compreende um primeiro intervalo de tempo predeterminado entre a etapa de início 1 e a etapa de início 2, em que o monitoramento cobre pelo menos a duração do primeiro intervalo predeterminado, em que a condição que corresponde ao funcionamento defeituoso do detector compreende o detector que detecta a presença de uma taxa de mudança de corrente ou tensão no anel de curto-circuito durante o primeiro intervalo de tempo predeterminado. A provisão da chave de desligamento em sua posição aberta (como na etapa 1) deveria significar que o sistema não pode induzir correntes/voltagens de transientes no anel de curto-circuito. Consequentemente, uma indicação positiva pelo detector de uma taxa induzida de mudança durante esse primeiro intervalo de tempo predeterminado seria indicativa de funcionamento defeituoso do detector. Fazendo-se o método da invenção incorporar essa etapa, o método ajuda a diagnosticar a susceptibilidade do detector em causar liberações de distúrbio que resultam de identificar fafhas/transientes de arco não existentes.
[024] Em um aspecto adicionai da invenção, o método compreende adicíonalmente uma etapa adicionai que segue a etapa 2, sendo que a etapa adicional compreende: [025] 3) comutar a chave de desligamento para sua posição aberta para quebrar a continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente e encerrar a injeção de fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito.
[026] No aspecto acima da invenção, o monitoramento em uma realização, compreende monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela etapa 3, em que a condição que corresponde a um funcionamento defeituoso do detector compreende o detector que falha em detectar a taxa de mudança induzida pela etapa 3.
[027] Em ainda um aspecto adicional da invenção, o monitoramento compreende monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito após transcorrer um segundo intervalo de tempo predeterminado que inicia da comutação da chave de desligamento para sua posição aberta na etapa 3 e com a chave de teste que permanece em sua posição fechada, o segundo intervalo de tempo predeterminado que tem uma duração que corresponde a uma duração para o declínio da taxa de mudança {na corrente ou tensão) induzida pela etapa 3, em que a condição correspondente ao funcionamento defeituoso do detector compreende que o detector detecta a presença de uma taxa de mudança de corrente ou tensão no anel de curto-circuito após transcorrer o segundo intervalo de tempo predeterminado enquanto a chave de teste permanece em sua posição fechada. Nesse aspecto, após permitir o declínio (pelo segundo intervalo de tempo predeterminado) da taxa de mudança induzida na corrente/tensão que resulta da abertura da chave de desligamento na etapa 3, ter a chave de desligamento em sua posição aberta deveria significar que o sistema é incapaz de induzir correntes/voltagens transientes adicionais no anel de curto-circuito. Consequentemente, uma indicação positiva pelo detector de uma taxa de mudança induzida seria indicativo de um funcionamento defeituoso do detector. Desempenhar o monitoramento dessa maneira, ajuda, portanto, a diagnosticar a susceptibilidade do detector para causar liberações de distúrbio a partir de falhas/transientes de arco não existentes.
[028] Em um aspecto da invenção, o método compreende fornecer a um usuário do sistema de suprimento de energia elétrica um relatório da operabilidade funcional do detector com base na condição funcional determinada através da etapa de monitoramento do método da invenção. O escopo de quem um "usuário" pode ser é não é restringido; entretanto, a título de exemplo apenas, onde a invenção é aplicada para sistemas de suprimento de energia em aeronaves, o usuário pode incluir o piloto (ou outro(s) da tripulação). Pode ser visto, portanto, que a invenção permitiría a um usuário operacional determinar a condição funcional do detector de falha/transiente de arco durante operação normal do sistema(s) que incorpora tal detector. Por “usuário operacional” se entende um usuário que usa (direta ou indireta mente) o sistema de suprimento de energia elétrica durante operação normal (ao contrário de durante a manutenção). Entretanto, a invenção é igualmente aplicável para uso durante a manutenção; por exemplo, quando o usuário pode ser um técnico de manutenção.
[029] Vantajosamente, a comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento é repetida por mais dois ou mais ciclos. A repetição da comutação seletiva por múltiplos ciclos teria o efeito de aumentar a significância estatística do método e iria fornecer a um usuário do sistema maior confiança na validez dos resultados do teste.
[030] O método da invenção foi testado em um controlador de energia de estado sólido (SSPC), que incorpora a chave de desligamento, a chave de teste e o detector. Quando aplicado a um SSPC, em uma realização, o SSPC tem um limite de corrente pela razão de que o uso de um limite de corrente evita o fluxo de corrente induzido que resulta da comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento que se eleva demais e causa dano ao SSPC e outros componentes do sistema. Entretanto, o método da invenção pode ainda ser aplicado para usar SSPCs sem um limite de corrente, embora isso fosse exigir mais cuidado a ser tomado na comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento para proteger contra a corrente induzida que se eleva demais e causa dano. Explicando-se adicionalmente, a falta de um limite de corrente no SSPC significaria que após o fechamento da chave de desligamento para injetar um fluxo de corrente da fonte de alimentação no curto-circuito (como nas etapas (b) e 2 referidas acima e recitadas nas reivindicações), a chave de desligamento teria que ser aberta novamente muito em breve, por conseguinte para proteger contra a corrente induzida que se eleva demais e causa dano. Em contraste, o uso de um SSPC com um limite de corrente fornece a um usuário do sistema mais flexibilidade e segurança como iria superar o problema da corrente induzida se elevar demais e causar dano.
[031] Em outro aspecto da invenção, um suprimento de energia elétrica é fornecido, em que o sistema inclui um circuito que compreende: [032] uma fonte de alimentação para fornecer energia elétrica a uma carga;
[033] uma chave de desligamento fornecida em um trajeto condutivo eletricamente entre a fonte de alimentação e a carga, sendo que a chave de desligamento tem uma posição aberta e uma posição fechada; e [034] uma chave de teste fornecida entre uma saída da chave de desligamento e um aterramento para formar um anel de curto-circuito no circuito, sendo que a chave de teste tem uma posição aberta para quebrar a continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento e uma posição fechada para fornecer continuidade elétrica do circuito curto para o aterramento;
[035] em que o sistema compreende adicionalmente um detector de falha/transiente de arco operávei para monitorar uma taxa de mudança em uma ou as duas dentre uma corrente ou uma tensão no circuito, o detector cooperável com a chave de desligamento para liberar a chave de desligamento da posição fechada à posição aberta se a taxa identificada de mudança exceder um valor predeterminado;
[036] sendo que a chave de teste e a chave de desligamento são trocáveis de modo seletivo para: a) fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento para dessa forma estabelecer um curto-circuito entre a saída da chave de desligamento e o aterramento e, por conseguinte um ou os dois dentre: b) injetar um fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; e/ou c) encerrar um fluxo injetado de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito;
[037] sendo que o detector é operávei para monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela injeção/encerramento do fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito;
[038] em que o sistema é operávei para determinar uma condição funcionai do detector com base no monitoramento, em que o funcionamento defeituoso do detector corresponde à condição seguinte ser atendida: o detector que falha em detectar a taxa induzida de mudança durante o monitoramento.
[039] Em uma realização, o sistema é operável para fornecer um sinal de saída para um usuário que relata a condição funcional do detector com base no monitoramento. O sinal de saída pode estar na forma de um sinal auditório ou visual (ou uma combinação dos mesmos). Por exemplo, o detector pode incluir ou ser acoplado a um dispositivo de saída. Preferencialmente, o dispositivo de saída compreende um ou os dois dentre um visor de exibição e um alto-falante para fornecer a um usuário do sistema uma indicação da saúde do detector.
Breve Descrição das Figuras [040] As realizações da invenção são descritas com referência aos desenhos anexos seguintes: [041] A Figura 1 mostra uma representação funcional de vários elementos de um suprimento de energia elétrica que incorpora um detector de falha/transiente de arco.
[042] A Figura 2 corresponde à Figura 1, mas ilustra o sistema de suprimento de energia elétrica em um nível de componente.
[043] A Figura 3 mostra formas de onda previstas para corrente, tensão e taxa de mudança de corrente e tensão para o sistema da Figura 2.
[044] As Figuras 4 e 5 mostram dados de mensuração derivados experimentalmente de formas de onda para taxas de mudança de corrente e tensão conforme detectado pelo sistema da Figura 2.
[045] Por favor observe que as figuras se destinam a serem exemplos não limitadores da invenção.
Descrição Detalhada das Figuras [046] A descrição usa exemplos para revelar a invenção e também para habilitar uma pessoa versada na técnica para fazer e usar a invenção. Para evitar dúvidas a invenção, conforme definido nas reivindicações, pode incluir dentro do seu escopo outros exemplos que ocorrem àqueles versados na técnica que podem diferir daqueles exemplos indicados nas figuras deste documento.
[047] A Figura 1 mostra uma representação de um sistema de suprimento de energia elétrica 1 em forma funcional. O sistema 1 é mostrado incluindo-se um gerador 11 (denominado a partir de agora no presente documento como a "fonte de alimentação") eletricamente acoplado por fiação a montante 12 a um conjunto de chaves de estado sólido 13, o conjunto de chaves de estado sólido 13 acoplado por fiação a jusante 14 para uma carga 15. A fonte de alimentação 11 funciona para fornecer corrente elétrica para a carga 15. Integrado com ou acoplado ao conjunto de chaves de estado sólido 13 está um detector de falha/transiente de arco 16.
[048] A Figura 2 mostra uma representação de nível de componente do sistema de suprimento de energia elétrica 1. O sistema de suprimento de energia elétrica 1 é mostrado na forma de um circuito 10. A fonte de alimentação opera em uma tensão Vsrc. A indutância e resistência da fiação a montante 12 são indicadas por Lup e Rup respectivamente. O conjunto de chaves de estado sólido 13 incorpora ambos uma chave de desligamento 131 e uma chave de teste 132. Acoplado ao conjunto de chaves de estado sólido 13 está o detector de falha/transiente de arco 16, sendo que o detector contém um microprocessador 161. Na realização mostrada, o conjunto de chaves de estado sólido 13 e o detector 16 juntos formam um controlador de energia de estado sólido (SSPC) que é integrado ao circuito 10. Entretanto, em uma realização alternativa, o detector de falha/transiente de arco 16 pode ser um dispositivo discreto separado do, mas acoplado eletricamente ao circuito 10. A fiação a montante 12 e a fiação a jusante 14 formam um trajeto condutivo eletricamente entre a fonte de alimentação 11 e a carga 15, com a chave de desligamento 131 fornecida no trajeto condutivo eletricamente. Na realização ilustrada nas figuras, o SSPC incorpora um limite de corrente lüm- Conforme delineado em uma parte anterior da descrição, o uso de um SSPC que tem tal limite de corrente restringe a magnitude da corrente que flui através do SSPC como consequência da comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento, 132, 131.
[049] Tanto a chave de desligamento 131 quanto a chave de teste 132 têm uma posição aberta e uma posição fechada. A posição fechada da chave de desligamento 131 assegura continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente da fonte de alimentação 11, a fiação a montante 12 e a fiação a jusante 14 para a carga 15, sendo que a posição aberta da chave de desligamento 131 quebra a continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente entre a fonte de alimentação 11 e a carga 15.
[050] A chave de teste 132 é fornecida entre uma saída da chave de desligamento 131 e um aterramento para fornecer um anel de curto-circuito no circuito 10, o anel de curto-circuito é, em geral, designado por 40. Embora não mostrado nas figuras do exemplo da invenção, o aterramento pode ser fornecido revestindo-se o SSPC. A posição fechada da chave de teste 132 fornece continuidade elétrica do anel de curto-circuito 40 para o aterramento, sendo que a posição aberta da chave de teste 132 quebra a continuidade elétrica do anel de curto-circuito 40 para o aterramento.
[051] O detector 16 deriva corrente a partir de uma localização a jusante da chave de desligamento 131 e deriva tensão a partir de uma localização a montante da chave de desligamento 131.
[052] Um método exemplificativo é descrito abaixo de verificar o funcionamento correto do detector de falha/transiente de arco 16. O método é descrito em relação aos componentes do sistema de suprimento de energia elétrica 1 e circuito 10 exemplificativos mostrados nas Figuras 1 e 2. Entretanto, a invenção não é limitada a usar com um sistema que tem a configuração específica do exemplo mostrado abaixo nas Figuras 1 e 2, mas pode envolver o uso com qualquer sistema que cai dentro do escopo das reivindicações.
[053] Em uma primeira etapa (mostrada como etapa 1 na Figura 3), a chave de desligamento 131 é fornecida em sua posição aberta e a chave de teste 132 é fornecida em sua posição fechada, sendo que o detector 16 deriva corrente e tensão das localizações mostradas na Figura 2. Isso tem os efeitos de: [054] quebrar a continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente entre a fonte de alimentação 11 e a carga 15 (devido à ação de fornecer a chave de desligamento 131 em sua posição aberta); e [055] fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito 40 para o aterra mento, então, dessa forma, estabelecer um curto-circuito entre a saída da chave de desligamento 131 e o aterramento (devido à ação de fornecer a chave de teste 132 em sua posição fechada).
[056] Após um primeiro intervalo de tempo predeterminado (mostrado como At1 na Figura 3), uma segunda etapa é desempenhada de fechar a chave de desligamento 131. Essa segunda etapa é mostrada como etapa 2 na Figura 3. Entre as etapas 1 e 2 o detector 16 monitora as localizações derivadas no anel de curto-circuito 40 por mudanças em corrente e tensão. O detector 16 em conjunção com a operação do processador 161 está apto a mensurar e fornecer um sinal de saída que representa a magnitude e variação da taxa de mudança de corrente e tensão com tempo no anel de curto-circuito - essas quantidades são denominadas dianei/dt e dVsspc/dt respectivamente. Entretanto, no primeiro intervalo de tempo predeterminado At1 entre as etapas 1 e 2, o anel de curto-circuito 40 e o detector 16 são isolados contra a ocorrência de quaisquer correntes ou voltagens de transientes. Portanto, se o detector 16 indicar a presença de uma corrente de transiente/tensão que ocorre nesse primeiro intervalo de tempo predeterminado Δί1, seria indicativo de uma falha no funcionamento do detector. Explicando-se adicionalmente, isso poderia indicar que o detector 16 estava vulnerável durante operação normal do sistema para indicar a presença de uma faiha/transiente de arco em circunstâncias onde nenhuma falha/transíente de arco deveria existir e dessa forma causar liberação errônea (isto é, “liberações de distúrbio”) da chave de desligamento 131. Portanto, o monitoramento do detector 16 nesse primeiro intervalo de tempo predeterminado At1 entre o início da etapa 1 e o início da etapa 2 ajuda a determinar se uma falha existe com o detector 16 que pode levar a “liberações de distúrbio” durante operação normal do sistema 1. A Figura 3 mostra gráficos da variação prevista na corrente lanei e na tensão Vsspc derivadas e suas respectivas taxas de mudança dlanei/dt, dVsspc/dt, com os gráficos no intervalo de tempo Δί1 entre as etapas 1 e 2 que indica uma leitura zero para taxa de mudança em corrente e tensão. Essa leitura zero é indicativa de funcionamento correto do detector 16 e portanto indica boa resiliência do detector 16 para causar “liberações de distúrbio”.
[057] O fechamento da chave de desligamento 131 na etapa 2 fornece continuidade elétrica por toda a chave de desligamento 131, que fecha efetivamente o SSPC no curto-circuito. O fechamento da chave de desligamento 131 faz com que a corrente elétrica comece a fluir da fonte de alimentação 11 para o curto-circuito para o aterramento. A corrente lanei no anel de curto-circuito deveria aumentar até alcançar o limite de corrente l|im do SSPC, quando dlanei/dt cai para zero; enquanto que a tensão VSSpC inicialmente tem uma taxa negativa de mudança dVsspc/dt até que a indutância de linha da fiação a montante 12 tenha sido superada e por conseguinte a tensão Vsspc aumenta com uma taxa positiva de mudança. Conforme delineado em uma parte anterior da descrição, o uso de um SSPC com um limite de corrente é benéfico pela razão de que evita que o SSPC seja danificado por fluxos de corrente altos induzidos através do fechamento da chave de desligamento 131 (e dessa forma do SSPC) no curto-circuito. Entretanto, em uma realização alternativa, um SSPC sem um limite de corrente pode ser usado; entretanto, nesse caso, h ave ria uma limitação para por quanto tempo a chave de desligamento 131 podería ser deixada fechada para evitar a corrente de se elevar demais e danificar o SSPC. Explicando-se adicionalmente, a etapa de fechar a chave de desligamento 131 necessitaria ser seguida rapidamente por conseguinte por uma etapa subsequente de abrir a chave de desligamento 131 par assegurar que os níveis de corrente não se elevem demais.
[058] A taxa de mudança idealizada (ou prevista) dlanei/dt na corrente lanei que ocorre após o fechamento da chave de desligamento 131 na etapa 2 pode ser expressada como: A injeção de corrente causada pelo fechamento da chave de desligamento 131 no início da etapa 2 e a taxa de mudança da corrente e tensão induzidas resultantes dlanei/dt, dVSSpC/dt estimulam o efeito de uma falha/transiente de arco que ocorre durante operação normal. O detector 16 continua a desempenhar sua função de monitoramento para mudanças na corrente e tensão após o fechamento da chave de desligamento 131 da etapa 2. A detecção das mudanças de corrente/tensão induzida por essa etapa 2 de fechar o SSPC no curto-circuito seria indicativa de funcionamento correto do detector 16. Entretanto, um fracasso em detectar a presença das mudanças de corrente/tensão induzidas seria indicativo de funcionamento defeituoso do detector 16 e indicaria um risco do detector 16 de falhar em liberar a chave de desligamento 131 no evento de uma falha/transiente de arco real. Portanto, a função de monitoramento desempenhada pelo detector 16 após comutar a chave de desligamento 131 para sua posição fechada na etapa 2 ajuda a fornecer uma indicação de se é ou não provável que o detector responda para enfrentar quaisquer falhas/transientes de arco que ocorrem durante operação normal do sistema 1.
[059] Em uma terceira etapa (mostrada como etapa 3 na Figura 3), a chave de desligamento 131 é comutada para sua posição aberta, que dessa forma age para encerrar a injeção de corrente da fonte de alimentação. Para o SSPC de corrente limitada representado nas figuras, um período típico mas não limitador entre a etapa 2 de fechamento da chave de desligamento 131 e a etapa 3 de abertura da chave de desligamento está na região de 60ps (conforme indicado na Figura 3). A corrente lanei no curto-circuito cai, mas não instantaneamente pela razão de que a indutância de linha da fiação a montante 12. A Figura 3 mostra uma representação das imagens previstas na corrente lanei e na tensão VSSpC induzidas como consequência do encerramento do fluxo de corrente da fonte de alimentação 11 através da ação de comutar a chave de desligamento 131 para sua posição aberta. O encerramento da injeção de corrente e as mudanças resultantes na corrente e na tensão no anel de curto-circuito que é induzido pela abertura da chave de desligamento 131 nessa etapa 3 simula o efeito de uma falha/transiente de arco que ocorre durante operação normal. O detector 16 continua a desempenhar sua função de monitoramento para mudanças na corrente e tensão após a abertura da chave de desligamento 131 da etapa 3. A detecção das mudanças de corrente/tensão induzidas por essa etapa 3 de abrir chave de desligamento 131 seria indicativa de funcionamento correto do detector 16. Entretanto, um fracasso em detectar a presença das mudanças de corrente/tensão induzidas seria indicativo de funcionamento defeituoso do detector e indicaria um risco do detector de falhar em liberar a chave de desligamento 131 no evento de uma falha/transiente de arco real que ocorre durante operação normal do sistema 1. Portanto, a função de monitoramento desempenhada pelo detector 16 após comutar a chave de desligamento 131 para sua posição aberta na etapa 3 ajuda a fornecer uma indicação de se é ou não provável que o detector responda para enfrentar quaisquer falhas/transientes de arco que ocorrem durante operação normal.
[060] Um período de tempo após a comutação da chave de desligamento 131 em sua posição aberta, as mudanças induzidas na corrente e na tensão deveríam ter declinado, isto é, deveria haver valor zero de dianei/dt e dVsspc/dt. Esse período de tempo é denominado no presente documento a partir de agora como o segundo intervalo de tempo predeterminado At2 e é mostrado na Figura 3. Após transcorrer o segundo intervalo de tempo predeterminado, não deveria haver mudanças na corrente ou na tensão que ocorrem no anel de curto-circuito 40, sendo que a chave de desligamento e a chave de teste 131, 132 agora estão em suas posições aberta e fechada respectivamente. O detector 16 funciona para monitorar a corrente e a tensão no anel de curto-circuito após transcorrer o segundo intervalo de tempo predeterminado At2 com a chave de desligamento que permanece em sua posição aberta da etapa 3 - isso é indicado na Figura 3 como o início de uma etapa 4. O detector 16 monitora qualquer mudança na corrente ou tensão no anel de curto-circuito que ocorre do início da etapa 4 até a chave de teste 132 ser aberto um período de tempo depois (um evento indicado na Figura 3 como a etapa 5). No período de tempo At3 entre o início da etapa 4 e o início da etapa 5 mostrado na Figura 3, o anel de curto-circuito 40 e o detector 16 são isolados contra a ocorrência de quaisquer correntes ou voltagens de transiente. Portanto, se o detector 16 detecta presença de uma corrente de transiente/tensão que ocorre nesse intervalo de tempo At3, isso seria indicativo de uma falha no funcionamento do detector. Explicando-se adicionalmente, isso podería indicar que o detector 16 estava vulnerável durante operação normal do sistema para indicar a presença de uma falha/transiente de arco em circunstâncias onde nenhum evento de falha/transiente de arco deveria existir e dessa forma causar liberação errônea (isto é, “liberações de distúrbio”) da chave de desligamento 131. Portanto, o monitoramento do detector 16 no intervalo de tempo At3 ajuda a determinar se uma falha existe com o detector 16 que pode levar a “liberações de distúrbio” que ocorrem durante operação normal do sistema 1.
[061] As Figuras 4 e 5 são dados experimentais que derivam de testagem de um circuito que corresponde àquele da Figura 2, onde o limite de corrente do SSPC ltim é estabelecido como 20 Amps. As Figuras 4 e 5 são gráficos de taxas de mudança de corrente e tensão para um fluxo de corrente de borda que se eleva e um fluxo de corrente de borda que cai no curto-circuito respectivamente. Considerando-se a Figura 4, no momento 0,915 ms a chave de desligamento 131 é fechada para fechar o SSPC no curto-circuito — isso corresponde à etapa 2 conforme referido acima. Como pode ser visto no gráfico mais acima na Figura 4, há uma elevação aguda no fluxo de corrente até atingir o ponto máximo por volta de 0,923 ms, sendo que a construção limitadora corrente do SSPC restringe a magnitude da elevação na corrente. Entretanto, a Figura 4 mostra que mediante alcançar o limite de corrente em 0,923 ms, a corrente então oscila e declina de uma maneira exponencial (um efeito chamado "oscilação" de corrente). A oscilação que ocorre após 0,923 ms pode ainda acarretar detecção pelo detector 16 (ver a resposta que ocorre nos gráficos de dV/dt e dl/dt que ocorre após 0,923 ms); entretanto, é a resposta do detector 16 entre 0,915 ms e 0,923 ms que é de interesse na Figura 4 (indicada como região A na Figura 4) - essa figura mostra que o detector gravou uma taxa de mudança em corrente e tensão, que desse modo indica operação correta do detector 16. A Figura 5 mostra a resposta do detector 16 a um fluxo de corrente de borda que cai no curto-circuito, sendo que as curvas de resposta entre 0,974 ms e 0,981 ms são de interesse.
[062] Embora não mostrado nas figuras, o detector 16 incorpora um meio de detectar uma taxa de mudança de corrente de transiente dlanei/dt induzida no anei de curto-circuito como consequência da injeção ou encerramento do fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito. Exemplos de tais detectores de corrente incluem mas não são limitados a bobinas de Rogowski, resistores e amplificadores de desvio. O sistema de suprimento de energia elétrica 1 mostrado nas figuras mostra que o detector deriva tensão VSSpC de antes (isto é, a montante de) a chave de desligamento 131 a fim de monitorar a taxa de mudança em uma tensão de transiente induzida no anel de curto circuito como consequência da injeção ou encerramento do fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito. Entretanto, a mesma funcionalidade pode ser fornecida derivando-se a tensão VSSpC de após (isto é, a jusante de) a chave de desligamento 131. Derivar a tensão de a montante da chave de desligamento é preferencial pela razão de que a magnitude da mudança em tensão é menor do que se derivar a tensão Vsspc de a jusante da chave de desligamento.
[063] Embora não mostrado nas figuras, o sistema 1 pode incluir ou ser acoplado a um dispositivo de saída para o usuário do sistema 1 com um relatório da saúde do detector 16 com base nos resultados do monitoramento delimitado acima. Em uma realização, o dispositivo de saída incluiría um ou os dois dentre um visor de exibição e/ou um alto-falante para fornecer a um usuário do sistema uma indicação da saúde do detector 16.
[064] Esta descrição escrita usa exemplos para divulgar a invenção, que inclui as realizações preferenciais e também para permitir qualquer pessoa hábil na técnica para praticar a invenção, que inclui fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e desempenhar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem àqueles hábeis na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se as mesmas têm elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se as mesmas incluem um elemento estrutural equivalente com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.
Reivindicações
Claims (15)
1. MÉTODO DE VERIFICAR O FUNCIONAMENTO CORRETO DE UM DETECTOR DE FALHA/TRANSIENTE DE ARCO, caracterizado pelo fato de que o método compreende fornecer um sistema de suprimento de energia elétrica, em que o sistema inclui um circuito que compreende: uma fonte de alimentação para fornecer energia elétrica para uma carga; uma chave de desligamento fornecida em um trajeto condutivo eletricamente entre a fonte de alimentação e a carga, sendo que a chave de desligamento tem uma posição aberta e uma posição fechada; e uma chave de teste fornecida entre uma saída da chave de desligamento e um aterra mento para formar um anel de curto-circuito no circuito, sendo que a chave de teste tem uma posição aberta para quebrar a continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento e uma posição fechada para fornecer continuidade elétrica do circuito curto para o aterramento; em que o sistema compreende adicionalmente um detector de falha/transiente de arco operável para monitorar uma taxa de mudança em uma ou as duas dentre uma corrente ou uma tensão no circuito, o detector cooperável com a chave de desligamento para liberar a chave de desligamento da posição fechada à posição aberta se a taxa identificada de mudança exceder um valor predeterminado; em que o método compreende adicionalmente comutar a chave de teste e a chave de desligamento de modo seletivo de modo a: a) fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento para dessa forma estabelecer um curto-circuito entre a saída da chave de desligamento e o aterramento e por conseguinte um ou os dois dentre: b) injetar um fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; e/ou c) encerrar um fluxo injetado de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; sendo que o método compreende adicionalmente: monitorar com o uso do detector de falha/transiente de arco quanto a uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela injeção/encerramento do fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; e determinar uma condição funcional do detector com base no monitoramento, em que o funcionamento defeituoso do detector corresponde à condição seguinte ser atendida: o detector que falha em detectar a taxa induzida de mudança durante o monitoramento.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende fornecer a um usuário do sistema de suprimento de energia elétrica um relatório de uma operabilidade funcional do detector com base na condição funcional determinada através do monitoramento.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de suprimento de energia elétrica é fornecido em uma aeronave e o usuário é um ou mais dentre: um piloto ou outro membro de uma tripulação de uma aeronave; e equipe de manutenção.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a comutação seletiva da chave de teste e da chave de desligamento compreende etapas sucessivas de: 1) fornecer a chave de desligamento em sua posição aberta e a chave de teste em sua posição fechada para dessa forma, respectivamente i) quebrar a continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente e ii) fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento e estabelecer o curto-circuito; 2) comutar, por conseguinte, a chave de desligamento para sua posição fechada para fornecer continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente e injetar um fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o monitoramento compreende monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela etapa 2; em que a condição que corresponde a um funcionamento defeituoso do detector compreende o detector que falha em detectar a taxa de mudança induzida pela etapa 2.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um primeiro intervalo de tempo predeterminado entre a etapa de início 1 e a etapa de início 2, em que o monitoramento cobre pelo menos a duração do primeiro intervalo predeterminado, em que a condição que corresponde ao funcionamento defeituoso do detector compreende o detector que detecta a presença de uma taxa de mudança de corrente ou tensão no anel de curto-circuito durante o primeiro intervalo de tempo predeterminado.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente uma etapa adicional que segue a etapa 2, sendo que a etapa adicional compreende: 3) comutar a chave de desligamento para sua posição aberta para quebrar a continuidade elétrica do trajeto condutivo eletricamente e encerrar a injeção de fluxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o monitoramento compreende monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido pela etapa 3, em que a condição que corresponde a um funcionamento defeituoso do detector compreende o detector que falha em detectar a taxa de mudança induzida pela etapa 3.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o monitoramento compreende monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito após transcorrer um segundo intervalo de tempo predeterminado que inicia da comutação da chave de desligamento para sua posição aberta na etapa 3 e com a chave de teste que permanece em sua posição fechada, o segundo intervalo de tempo predeterminado que tem uma duração que corresponde a uma duração para o declínio da taxa de mudança induzida pela etapa 3, em que a condição correspondente ao funcionamento defeituoso do detector compreende que o detector detecta a presença de uma taxa de mudança de corrente ou tensão no anel de curto-circuito após transcorrer o segundo intervalo de tempo predeterminado enquanto a chave de teste permanece em sua posição fechada.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o detector é integrado ao circuito.
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o detector é um controlador de energia de estado sólido, que compreende a chave de desligamento, a chave de teste e o detector, em que o controlador de energia de estado sólido tem um limite de corrente.
12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação compreende uma ou as duas dentre uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) e uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA).
13. SISTEMA DE SUPRIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA, caracterizado pelo fato de que o sistema inclui um circuito que compreende: uma fonte de alimentação para fornecer energia elétrica para uma carga; uma chave de desligamento fornecida em um trajeto condutívo eletricamente entre a fonte de alimentação e a carga, sendo que a chave de desligamento tem uma posição aberta e uma posição fechada; e uma chave de teste fornecida entre uma saída da chave de desligamento e um aterramento para formar um anel de curto-circuito no circuito, sendo que a chave de teste tem uma posição aberta para quebrar a continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento e uma posição fechada para fornecer continuidade elétrica do circuito curto para o aterramento; em que o sistema compreende adicionalmente um detector de falha/transiente de arco operável para monitorar uma taxa de mudança em uma ou as duas dentre uma corrente ou uma tensão no circuito, o detector cooperável com a chave de desligamento para liberar a chave de desligamento da posição fechada à posição aberta se a taxa identificada de mudança exceder um valor predeterminado; sendo que a chave de teste e a chave de desligamento são trocáveis de modo seletivo para: a) fornecer continuidade elétrica do anel de curto-circuito para o aterramento para dessa forma estabelecer um curto-circuito entre a saída da chave de desligamento e o aterramento e por conseguinte um ou os dois dentre: b) injetar um fiuxo de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; e/ou c) encerrar um fluxo injetado de corrente da fonte de alimentação para o curto-circuito; sendo que o detector é operável para monitorar uma taxa de mudança de uma ou as duas dentre uma corrente de transiente ou uma tensão de transiente no anel de curto-circuito induzido peia injeção/encerramento do fluxo de corrente do suprimento de energia para o curto-circuito; em que o sistema é operável para determinar uma condição funcional do detector com base no monitoramento, em que o funcionamento defeituoso do detector corresponde à condição seguinte ser atendida: o detector que falha em detectar a taxa induzida de mudança durante o monitoramento.
14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende um dispositivo de saída acoplado ou integrado com o detector e operável para fornecer a um usuário do sistema de suprimento de energia elétrica um relatório de uma operabilidade funcional do detector com base na condição funcional determinada através do monitoramento.
15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de saída compreende um ou mais dentre um visor de exibição e um alto-falante.
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