BR102014024544B1

BR102014024544B1 - Detector e método de falhas de aterramento hrg

Info

Publication number: BR102014024544B1
Application number: BR102014024544-8A
Authority: BR
Inventors: Lixiang Wei; Jiangang Hu; Jeffrey D. Mcguire
Original assignee: Rockwell Automation Technologies, Inc.
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2022-02-22
Also published as: US20150091582A1; BR102014024544A2; EP2857850B1; EP2857850A1; US9383399B2; CN104515927A; CN104515927B

Abstract

DETECTOR E MÉTODO DE FALHAS DE ATERRAMENTO HRG. São providos um detector de falha de aterramento de HRG e um método para a detecção de uma falha de aterramento em um sistema de aterramento de alta resistência (HRG). O detector de falha de aterramento de HRG em uma realização exemplar inclui uma primeira entrada A acoplada a uma primeira fase PHa do sistema de HRG; uma segunda entrada B acoplada a uma segunda fase de PHa, e uma terceira entrada C acoplada a uma terceira fase PHc, e o detector de falha de aterramento de HRG gera uma tensão neutra simulada Vn' a partir da primeira fase PHa, da segunda fase PHb, e da terceira fase PHc, em que a tensão neutra simulada Vn' compreende um potencial de tensão zero quando a primeira fase PHa, a segunda fase PHb, e a terceira fase PHc forem iguais, a comparação entre a tensão neutra simulada Vn' e um limite de tensão de falha predeterminado, e a detecção de uma falha de aterramento de HRG caso a tensão neutra simulada Vn' exceda o limite.

Description

HISTÓRICO TÉCNICO

Em circuitos de conversão de energia de tensão, a energia elétrica pode ser convertida de uma energia de corrente alternada (AC) em energia de corrente contínua (DC) direta através de um conversor de energia ou um conversor de AC/DC. A energia de DC pode então ser convertida novamente em energia de AC, mas em energia de AC com frequência, fase e amplitude desejadas. A energia de AC gerada é então aplicada para acionar uma carga externa, tal como um motor elétrico.

Um circuito de acionamento elétrico trifásico pode compreender um sistema de HRG em que o nó neutro N da entrada de energia trifásica é aterrado através de um componente de alta resistência. 0 sistema de HRG inclui um dispositivo de resistência de carga reforçada entre um nó neutro e o aterramento da fonte de AC de entrada do sistema, de modo que o sistema pode operar sob uma única condição de falha de aterramento, permitindo uma corrente de falha de aterramento não destrutiva reduzida. Portanto, o sistema de HRG permite que o sistema de acionamento opere em condições de falha de aterramento, e é um método de aterramento preferido para muitas aplicações.

Uma falha de HRG normalmente gera pequenas quantidades de corrente de aterramento, e não pode sequer ser perceptível ou mensurável em circuitos de acionamento do motor. Devido à corrente de falha ser frequentemente insignificante, é difícil diferenciar de forma confiável as falhas de grandes alterações da carga. No entanto, devido ao estresse no componente, o motor ou o cabo em um sistema de HRG se torna maior sob uma condição de falha de aterramento, é fundamental para a identificação da falha de HRG quando ela ocorre. 0 usuário pode ser notificado e a manutenção pode ser recomendada, o que inclui a provisão de uma indicação de onde existe a falha de aterramento.

Para um sistema de HRG em que um acionamento de velocidade ajustável é aplicado, as correntes de falha de aterramento na saída do circuito de acionamento são altamente dependentes da frequência de saída do circuito de acionamento. Em uma baixa velocidade do motor, a corrente de falha pode ser menor do que o limite de falha de HRG e, portanto, pode não desencadear uma indicação de falha de aterramento. Caso ambas as frequências de saída alta e baixa sejam consideradas, um falso desencadeamento pode ser gerado quando os comprimentos dos cabos do inversor forem longos.

VISÃO GERAL

Em uma realização, é provido um detector de falha de aterramento de HRG para a detecção de uma falha de aterramento em um sistema de aterramento de alta resistência (HRG) . 0 detector de falha de aterramento de HRG inclui uma primeira entrada A adaptada para ser acoplada a uma primeira fase PHA do sistema de HRG, uma segunda entrada B adaptada para ser acoplada a uma segunda fase PHB do sistema de HRG, e uma terceira entrada C adaptada para ser acoplada a uma terceira fase PHC do sistema de HRG, com o detector de falha de aterramento de HRG sendo configurado para gerar uma tensão neutra simulada VN. a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHC, em que a tensão neutra simulada VN. compreende um potencial de tensão zero quando a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC forem iguais, a comparação entre a tensão neutra simulada VN- e um limite de tensão de falha predeterminado, e a detecção de uma falha de aterramento de HRG no sistema de HRG caso a tensão neutra simulada VN. exceda o limite de tensão de falha predeterminado.

Esta visão geral é provida para apresentar uma seleção de conceitos de forma simplificada que é descrita em mais detalhes abaixo na Revelação Técnica. Deve ser entendido que esta Visão Geral não se destina a identificar as características essenciais da matéria reivindicada, nem se destina a ser utilizada para limitar o âmbito da matéria reivindicada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra um detector de falha de aterramento do Aterramento de Alta Resistência (HRG) configurado para a detecção de uma ou mais falhas de aterramento em um acionamento elétrico. A Figura 2 mostra um acionamento elétrico exemplar. A Figura 3 é um fluxograma de um método de detecção de falha de aterramento de HRG em um sistema de HRG. A Figura 4 mostra o detector de falha de aterramento de HRG em outro exemplo. A Figura 5 mostra o detector de falha de aterramento de HRG em outro exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A descrição a seguir e os desenhos associados ensinam o melhor modo da invenção. Para fins de ensinamento dos princípios inventivos, alguns aspectos convencionais do melhor modo podem ser simplificados ou omitidos. As reivindicações a seguir especificam o âmbito da invenção. Alguns aspectos do melhor modo podem não estar dentro do âmbito da invenção como especificada nas reivindicações. Assim, os técnicos no assunto apreciarão as variações do melhor modo que estiverem dentro do âmbito da invenção. Os técnicos no assunto apreciarão que as características descritas abaixo podem ser combinadas de várias maneiras para formar diversas variações da invenção. Como resultado, a invenção não se limita aos exemplos específicos descritos abaixo, mas apenas às reivindicações e seus equivalentes.

São providos um detector e um método de falhas de HRG que podem detectar falhas de aterramento em um sistema de aterramento de alta resistência (HRG) 150, tal como um circuito de conversão de energia utilizado em um sistema de acionamento do motor. O detector e método de falhas de HRG podem detectar as falhas de aterramento de HRG através de uma frequência total e/ou um intervalo de velocidade do motor. O detector e o método de falhas de HRG podem detectar com precisão e confiabilidade as falhas de aterramento de HRG.

A Figura 1 mostra um detector de falha de aterramento de HRG 200 configurado para a detecção de uma ou mais falhas de aterramento em um sistema de HRG 150 que inclui um acionamento elétrico 100. O acionamento elétrico 100 pode compreender um circuito de HRG ou não HRG.

O acionamento elétrico 100 libera uma primeira fase de saída PHA, uma segunda fase de saída PHB, e uma terceira fase de saída PHC. Embora a realização ilustrada represente as tensões trifásicas, deve-se entender que, em diferentes realizações, o acionamento elétrico 100 pode ser adequado para a entrada e a saída de tensões de fases diferentes (por exemplo, tensões bifásicas).

O acionamento elétrico 100 é configurado para acionar uma carga 20, tal como um motor elétrico trifásico 20, por exemplo. A carga 20 é acoplada à primeira fase de saída PHA, à segunda fase de saída PHB, e à terceira fase de saída PHC.

Uma fonte de energia de AC 14 fornece energia elétrica trifásica ao acionamento elétrico 100, como indicado pelos três nós de energia VA, VB e Vc. A fonte de energia de AC 14 inclui um nó neutro N. A fonte de energia de AC 14 compreende uma fonte de energia de HRG em que o nó neutro trifásico N é aterrado através de um resistor de alta resistência Rgnd- Caso todas as três fases da fonte de AC 14 sejam iguais (ou seja, elas não sejam diferentes em fase ou amplitude) , então o nó neutro N permanecerá em uma tensão zero. No entanto, em uso, pode existir um desequilíbrio. O dito desequilíbrio pode criar um potencial de tensão no nó neutro N.

O detector de falhas de aterramento de HRG 200 em um exemplo é acoplado e recebe as saídas trifásicas PHA, PHB e PHC do acionamento elétrico 100. 0 detector de falha de aterramento de HRG 200 monitora as saídas trifásicas PHA, PHB e PHC. O detector de falhas de aterramento de HRG 200 detecta as ocorrências de falha de aterramento no acionamento elétrico 100 a partir das saídas trifásicas PHA, PHB e PHC. O detector de falhas de aterramento de HRG 200 pode detectar as ocorrências de falha de aterramento no acionamento elétrico 100 sem ser acoplado aos componentes internos do acionamento elétrico 100. Alternativamente, o detector de falhas de aterramento de HRG 2 00 pode ser acoplado às entradas ou nós de energia VA, VB e Vc do acionamento elétrico 100 (consulte as linhas tracejadas).

No passado, o nó neutro N da fonte de energia de AC 14 não era aterrado ou protegido de qualquer forma da descarga elétrica. Como resultado, uma trajetória elétrica acidental do nó neutro N para o aterramento podia produzir uma descarga elétrica e, às vezes, uma descarga elétrica muito perigosa e destrutiva. Caso uma pessoa tocasse uma carcaça do motor ou outro componente condutor associado com ao acionamento ou ao motor, a pessoa podia receber um choque significativo.

Desenvolvimentos posteriores em sistemas trifásicos acrescentaram uma linha de aterramento ao nó neutro N, como um fio ou condutor que conectava o nó neutro N diretamente ao solo. Como resultado, caso um potencial de tensão se desenvolvesse no nó neutro N, ele seria drenado, eliminando o risco de choque elétrico ou eletrocussão para pessoas que entrassem em contato com o motor ou acionamento do motor. No entanto, uma disposição de aterramento direto teve inconvenientes. Uma disposição de aterramento direto permite que uma corrente elétrica grande flua, e uma corrente de falha elétrica ainda apresenta um perigo para as pessoas próximas.

O mais recente desenvolvimento na abordagem do potencial de tensão no nó neutro N é o sistema de HRG 150. O sistema de HRG 150 foi desenvolvido para resolver e minimizar o potencial risco de descarga. Em um sistema de HRG 150, o nó neutro N de um sistema trifásico é acoplado ao aterramento através de um componente de alta resistência, em que apenas uma corrente elétrica limitada pode fluir do nó neutro N para o solo. Isso limita a corrente elétrica instantânea que pode ser descarregada através do nó neutro N. O sistema de HRG 150 também limita o dano que pode ser causado ao motor e ao acionamento do motor por uma descarga elétrica, e diminui o perigo de eletrocussão.

Uma desvantagem do sistema de HRG 150 é que o sistema de HRG 150 complica a determinação de se uma falha de aterramento está presente no acionamento elétrico ou no motor. Além disso, é desejável que seja realizada uma detecção de falha de aterramento para um acionamento elétrico sem a necessidade de medições do acionamento elétrico.

Uma falha de aterramento pode se referir a qualquer curto-circuito ou fluxo de corrente inadequada entre o acionamento elétrico 100 e o aterramento. Uma das vantagens dos sistemas de HRG é que o acionamento elétrico 100 pode operar em condições de falha de aterramento. No entanto, uma operação de acionamento prolongada durante as condições de falha de aterramento são indesejáveis. Infelizmente, as falhas de HRG geralmente são difíceis de serem detectadas. Especialmente em unidades maiores, as falhas de HRG normalmente geram uma quantidade relativamente pequena de corrente de aterramento, o que pode ser difícil de ser medido. Tipicamente, a corrente de aterramento no lado do inversor depende da amplitude da tensão de fase de saída ou da frequência de saída da saída do inversor. Portanto, em acionamentos elétricos 100 que operam em um intervalo de velocidade variável, a corrente de falha pode ser difícil de ser detectada. Caso a unidade de velocidade ajustável opere em uma velocidade relativamente baixa, a corrente de aterramento pode ser menor do que um nível de limite para a detecção de uma condição de falha.

Quando a carga 20 é um motor elétrico, a frequência na saídas trifásicas PHA, PHB e PHC varia com a velocidade do motor. 0 detector de falhas de aterramento de HRG 200 pode detectar as ocorrências de falha de aterramento no acionamento elétrico 100, independentemente da velocidade do motor, da frequência de saída do acionamento elétrico 100 ou de outras condições de carga.

O detector de falhas de aterramento de HRG 200 não é acoplado ao nó neutro N da fonte de alimentação trifásica. Em vez disso, o detector de falha de aterramento de HRG 200 recria o nó neutro N (ou seja, cria um nó neutro simulado N' 240) com a finalidade de determinar se o nó neutro N está enfrentando alguma polarização de tensão. Em operação, o detector de falha de aterramento de HRG 200 gera uma tensão neutra simulada VN> a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHC, em que a tensão neutra simulada VN. compreende um potencial de tensão zero quando a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC forem iguais. O detector de falhas de aterramento de HRG 200 quantifica a tensão no nó neutro simulado N1 240 sem medir a tensão ou a corrente no acionamento elétrico 100. O detector de falhas de aterramento de HRG 200 pode detectar as falhas de aterramento no acionamento elétrico 100 sem a necessidade de os componentes internos estarem localizados ou serem adicionados ao acionamento elétrico 100.

A rotina de detecção de falhas 205 compreende as instruções de operação que configuram o detector de falhas de HRG 200 quando a rotina de detecção de falhas 205 é executada pelo detector de falhas de HRG 200. A rotina de detecção de falhas 205, quando executada pelo detector de falhas de HRG 200, pode direcionar o detector de falhas de HRG 200 para a geração de uma tensão neutra simulada VN. a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, θ da terceira fase PHc, em que a tensão neutra simulada VN. compreende um potencial de tensão zero quando a primeira fase PHA, a segunda fase PHB/ e a terceira fase PHc forem iguais, a comparação entre a tensão neutra simulada VN. e um limite de tensão de falha predeterminado, e a detecção de uma falha de aterramento de HRG no sistema de HRG 150 caso a tensão neutra simulada VN. exceda o limite de tensão de falha predeterminado.

O limite de tensão de falha pode ser definido para um acionamento elétrico do motor em particular 100, ou pode variar com base em diferentes configurações de acionamento do motor, configurações do sistema, aplicações de acionamento, parâmetros de operação, etc. Além disso, em algumas realizações, diferentes limiares de tensão de falha podem ser adequados para diferentes condições de operação do acionamento elétrico 100 ou vários sistemas nos quais o acionamento elétrico 100 é configurado. O detector de falhas de HRG 200 pode armazenar vários limites diferentes, e o sistema de processamento 260 pode acessar o sistema de armazenamento 261 para obter um limite ou limites adequados de acordo com o acionamento elétrico 100 e/ou de acordo com as condições de operação. Opcionalmente, o sistema de processamento 260 pode armazenar a falha detectada e/ou as condições de operação no sistema de armazenamento 261. As falhas detectadas e/ou as condições de operação podem ser acessadas por um operador, ou podem ser processadas, comunicadas e/ou analisadas de outro modo. As falhas detectadas e/ou as condições de operação podem ser compiladas em um registro ou registros de erro para processamento, de modo a determinar as causas das condições de falhas detectadas.

Durante uma condição de falha, a amplitude da tensão neutra simulada VN. pode variar, dependendo da frequência de operação do conversor de DC/AC 18. Durante os períodos de operação de alta frequência, a amplitude da tensão neutra simulada VN. pode ser substancialmente maior do que um limite de tensão de falha. No entanto, durante os períodos de operação de baixa frequência, a amplitude da tensão neutra simulada VN. pode ser substancialmente menor do que um limite de tensão de falha, mesmo quando a mesma falha existir. Portanto, enquanto um período de falha de alta frequência pode ser razoavelmente detectável, um período de falha de baixa frequência é mais difícil de ser distinguido de uma operação adequada e, portanto, é muito mais difícil de ser detectado com segurança e precisão. No entanto, a tensão neutra simulada integrada (ou seja, VINT) tem uma amplitude relativamente constante, tendo substancialmente a mesma amplitude durante uma falha de alta frequência que durante uma falha de baixa frequência. Consequentemente, o sinal integrado VINT resulta em uma falha mais identificável caso o conversor de DC/AC 18 esteja em operação em frequências altas ou baixas.

A determinação da falha de aterramento de HRG pode ser acompanhada pela geração de uma indicação de falha de aterramento. A indicação de falha de aterramento pode compreender uma indicação a um usuário do detector de falha de aterramento de HRG 200, por exemplo. A indicação pode compreender uma indicação visual e/ou sonora ao usuário do detector de falha de aterramento de HRG 200. A indicação pode compreender uma mensagem, um sinal, ou outra comunicação transmitida de qualquer maneira ao usuário do detector de falhas de aterramento de HRG 200 ou a uma estação ou controle de monitoramento. No entanto, deve-se entender que a falha de aterramento pode ser indicada de qualquer forma adequada. Em sistemas com múltiplos acionamentos elétricos 100 e/ou múltiplas cargas 20, o sistema de processamento 260 pode indicar qual circuito de acionamento está em falha, de modo que um operador do sistema poderá assistir o acionamento específico que está em falha.

A Figura 2 mostra um acionamento elétrico exemplar 100. 0 acionamento elétrico 100 no exemplo mostrado compreende um conversor de AC/DC 12, um barramento de DC 16, e um conversor de DC/AC 18. O conversor de AC/DC 12 recebe a energia de entrada de AC da fonte de energia de AC 14. O conversor de AC/DC 12 converte a energia de AC em energia de DC. O conversor de AC/DC 12 (também referido como um retificador 12) retifica a tensão de AC de entrada em tensão de DC em uma direção para a saída de uma forma de onda de tensão de saída discretizada através do barramento de DC 16. O barramento de DC 16 recebe a energia de DC do conversor de AC/DC 12. O barramento de DC 16 filtra e condiciona a energia de DC. 0 conversor de DC/AC 18 recebe a energia de DC do barramento de DC 16. O conversor de DC/AC 18 converte a energia de DC em energia de AC em qualquer frequência desejada, e libera a energia de AC nas saídas trifásicas PHA, PHB e PHC. Dependendo do sistema elétrico em que o acionamento elétrico 100 opera, diferentes tipos de tensão podem ser fornecidos à carga 20.

O conversor de AC/DC 12 no exemplo mostrado inclui uma disposição de componentes que formam um retificador. O retificador pode compreender tiristores dispostos em uma configuração de ponte de diodo integrada. 0 retificador pode compreender uma disposição de diodos, um módulo de ponte retificadora, ou retificadores de modulação de largura de pulso (PWM) de controle ativo.

O conversor de DC/AC 18 no exemplo mostrado inclui uma matriz de diodos e transistores de energia, em que cada diodo é configurado de forma anti-paralela ao respectivo transistor. A tensão de saída discretizada do barramento de DC 16 é ligada pelos transistores que são configuradas para a comutação em uma determinada frequência de saída das tensões para a carga 20. No entanto, as configurações do conversor de AC/DC 12 e do conversor de DC/AC 18 podem ser variadas, dependendo da tensão de operação do acionamento elétrico 100.

A Figura 3 é um fluxograma 3 00 de um método de detecção de falha de aterramento de HRG em um sistema de HRG. Na etapa 301, uma primeira fase PHA, uma segunda fase PHB, e uma terceira fase PHC são recebidas do sistema de HRG. O sistema de HRG pode compreender um acionamento elétrico, por exemplo. O sistema de HRG pode compreender um acionamento elétrico para acionar um motor elétrico, por exemplo.

Na etapa 302, uma tensão neutra simulada VN. é gerada a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHC. A tensão neutra simulada VN. é formada em um nó neutro simulado, em que o nó neutro simulado não está no circuito que é testado. A tensão neutra simulada VN. estará em um potencial de tensão zero caso a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC sejam iguais. No entanto, caso exista uma falha de aterramento em qualquer uma das três fases PHA, PHB, ou PHC, então a tensão neutra simulada VN. não estará em um potencial de tensão zero. Como resultado, a tensão neutra simulada VN. pode ser utilizada para determinar se existe uma falha de aterramento de HRG no sistema de HRG.

Na etapa 303, a tensão neutra simulada VN. é comparada a um limite de tensão de falha predeterminado. O limite de tensão de falha predeterminado é um valor máximo permitido para a tensão neutra simulada VN. em uma situação de não-falha. Como resultado, as tensões neutras simuladas VNi acima do limite de tensão de falha predeterminado compreendem tensões grandes o suficiente para serem consideradas condições de falta de aterramento. Caso a tensão neutra simulada VN. não seja superior ao limite de tensão de falha, então o método se ramifica ao redor da etapa 304. Por outro lado, caso a tensão neutra simulada VN. seja superior ao limite de tensão de falha, o método prossegue para a etapa 304 .

Na etapa 3 04, uma falha de aterramento de HRG é determinada como existente no sistema de HRG caso a tensão neutra simulada VN. exceda o limite de tensão de falha. A determinação da falha de aterramento de HRG pode ser acompanhada pela geração de uma indicação de falha de aterramento. A indicação de falha de aterramento pode compreender uma indicação a um usuário do detector de falha de aterramento de HRG 2 00, por exemplo. A indicação pode compreender uma indicação visual e/ou sonora ao usuário do detector de falha de aterramento de HRG 200. A indicação pode compreender uma mensagem, um sinal, ou outra comunicação transmitida de qualquer maneira ao usuário do detector de falhas de aterramento de HRG 200 ou a uma estação ou controle de monitoramento. No entanto, deve-se entender que a falha de aterramento pode ser indicada de qualquer forma adequada.

A Figura 4 mostra o detector de falha de aterramento de HRG 200 em outro exemplo. O detector de falha de aterramento de HRG 200 no exemplo mostrado inclui uma primeira entrada de fase PHA 210, uma segunda entrada de fase

PHB 220, e uma terceira entrada de fase PHC 230. A primeira entrada de fase PHA 210 é acoplada a uma primeira rede de entrada 215, e a primeira rede de entrada 215 inclui uma primeira saída de rede 213. A primeira saída de rede 213 é acoplada a um nó neutro N' 240. A segunda entrada de fase PHB 220 é acoplada a uma segunda rede de entrada 225, e a segunda rede de entrada 225 inclui uma segunda saída de rede 223. A segunda saída de rede 223 é acoplada ao nó neutro N' 240. A terceira entrada de fase PHA 230 é acoplada a uma terceira rede de entrada 235, e a terceira rede de entrada 235 inclui uma terceira saída de rede 233. A terceira saída de rede 213 é acoplada ao nó neutro N' 240. As redes de entrada 215, 225 e 235 transferem as três fases PHA, PHB e PHC para o detector de falha de aterramento de HRG 200, mas limitam o fluxo de corrente no detector de falha de aterramento de HRG 200. As redes de entrada 215, 225, e 235 são mostradas como compreendendo resistores e condensadores, mas deve-se entender que as redes de entrada 215, 225, e 235 podem ser formadas por quaisquer componentes eletrônicos adequados.

Uma rede de base 23 8 é acoplada entre o nó neutro N' 24 0 e o aterramento. A rede de base 23 8 gera uma tensão neutra simulada VN. no nó neutro N’ 240. Deve-se entender que a tensão neutra simulada VN> será substancialmente a mesma que a tensão no nó neutro N da fonte de energia de AC 14 na Figura 1. A rede de base 238 gerará a tensão neutra simulado VN. caso as três fases PHA, PHB e PHC não sejam iguais. A tensão neutra simulada VN> estará em um potencial de tensão zero caso a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC sejam iguais. No entanto, caso exista uma falha de aterramento em qualquer uma das três fases PHA, PHB, ou PHC, então a tensão neutra simulada VN. não estará em um potencial de tensão zero. Como resultado, a tensão neutra simulada VN. pode ser utilizada para determinar se existe uma falha de aterramento de HRG no sistema de HRG 150. Embora a rede de base 238 seja mostrada como compreendendo resistores e condensadores, deve-se entender que a rede de base 238 pode ser formada por quaisquer componentes eletrônicos adequados.

Um circuito detector 250 é acoplado ao nó neutro N' 240 e recebe a tensão neutra simulada VN. . O circuito detector 250 processa a tensão neutra simulada VN’ para determinar se uma falha de aterramento de HRG é detectada. 0 circuito detector 250 compara a tensão neutra simulada VN. com o limite de falhas de aterramento predeterminado 206, e detecta uma falha de aterramento de HRG caso a tensão neutra simulada VN. exceda o limite de falha de aterramento predeterminado 206.

No exemplo mostrado, o circuito detector 250 inclui um pré-filtro 253 acoplado ao nó neutro N' 240, um integrador 256 acoplado ao pré-filtro 253, um pós-filtro 258 acoplado ao integrador 256, e um sistema de processamento 260 acoplado ao pós-filtro 258. O sistema de processamento 260 recebe uma tensão integrada VINT que compreende uma versão filtrada e integrada da tensão neutra simulada VN< no nó neutro N' 240.

O sistema de processamento 260 é acoplado a um sistema de armazenamento 261. O sistema de armazenamento 261 pode ser parte integrante do sistema de processamento 260, ou pode compreender um armazenamento que está em comunicação com o sistema de processamento 260. O sistema de armazenamento 261 armazena a rotina de detecção de falhas 205 e o limite de tensão de falha predeterminado 206, por exemplo. O sistema de armazenamento 261 pode armazenar as informações adicionais, que não são mostradas para maior clareza.

O sistema de processamento 260 pode compreender um ou mais microprocessadores e outros circuitos que recuperam e executam a rotina de detecção de falhas 205 do sistema de armazenamento 261. O sistema de processamento 260 pode ser implementado em um único dispositivo de processamento, mas também pode ser distribuído através de múltiplos dispositivos ou sub-sistemas de processamento que cooperam na execução das instruções do programa. Exemplos do sistema de processamento 260 incluem unidades de processamento central para fins gerais, processadores de aplicação específica, e dispositivos lógicos, bem como qualquer outro tipo de dispositivo de processamento, combinações ou variações deles.

A rotina de detecção de falhas 205 compreende as instruções de operação que configuram o sistema de processamento 260 quando a rotina de detecção de falhas 205 é executada pelo sistema de processamento 260. A rotina de detecção de falhas 205, quando executada pelo sistema de processamento 260, pode direcionar o detector de falhas de aterramento de HRG 200 para receber uma primeira fase PHA do sistema de HRG 150, receber uma segunda fase PHB do sistema de HRG 150, receber uma terceira fase PHC do sistema de HRG 150, gerar uma tensão neutra simulada VN. a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHc, em que a tensão neutra simulada VN> compreende um potencial de tensão zero quando a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC forem iguais, integrar a tensão neutra simulada VN., em que a tensão integrada VINT é substancialmente constante em amplitude, independentemente de uma frequência na primeira fase PHA, na segunda fase de PHB, e na terceira fase PHC, a comparação entre a tensão integrada VINT e um limite de tensão de falha predeterminado 206, e a detecção de uma falha de aterramento de HRG no sistema de HRG 150 caso a tensão integrada VINT exceda o limite de tensão de falha predeterminado 206.

A Figura 5 mostra o detector de falha de aterramento de HRG 200 em outro exemplo. O detector de falhas de aterramento de HRG 200 no exemplo mostrado inclui os componentes da Figura 4 e, adicionalmente, inclui um primeiro filtro passa-baixa (LP) 264, um segundo filtro LP 265, um primeiro misturador 267, o integrador 256, um terceiro filtro LP 268, e um segundo misturador 269.

O primeiro filtro 264, o segundo filtro 265 e o primeiro misturador 267 substituem o pré-filtro 253 da Figura 4. O primeiro e o segundo filtros 264 e 265 neste exemplo compreendem filtros passa-baixa (LP) que passam sinais de baixa frequência e não passam sinais de alta frequência. Os pontos de corte de filtro do primeiro e do segundo filtros 264 e 265 podem ser definidos como desejado, como acima de um intervalo de operação de frequência esperado do conversor de DC/AC 18 do acionamento elétrico 100, por exemplo. No exemplo mostrado, o primeiro e o segundo filtros 264 e 265 são configurados para suavizar a polarização de DC presente na tensão neutra simulada VN, antes da integração. Deve-se entender que o primeiro e o segundo filtros 264 e 265 não estão limitados aos filtros passa-baixa, e podem compreender quaisquer filtros adequados.

O primeiro misturador 267 combina as saídas do primeiro e do segundo filtros 264 e 265. O primeiro misturador 267 provê os sinais filtrados combinados ao integrador 256. 0 primeiro misturador 267 provê, portanto, uma tensão neutra filtrada simulada VN. ao integrador 256.

O integrador 256 integra a tensão neutra simulada filtrada VN. e gera uma tensão neutra integrada VINT. 0 integrador 256 provê uma integração da tensão de neutra simulada VN. . A tensão neutra simulada VN. terá uma amplitude dθ Vphase/fo» onde Vphase θ a tensão de fase e f0 é a frequência fundamental na saída do acionamento elétrico 100 (ou seja, a amplitude da tensão neutra simulada VN. não é fixa ou invariável, mas muda com a frequência de operação). O integrador 256 provê a tensão neutra integrada VINT ao terceiro filtro 268 e ao segundo misturador 269, como mostrado na figura.

O terceiro filtro de 268 e o segundo misturador 269, neste exemplo, substituem o pós-filtro 258 da Figura 4. O terceiro filtro 268 neste exemplo compreende um filtro LP que passa sinais de baixa frequência e não passa sinais de alta frequência. 0 terceiro filtro 268 no exemplo mostrado é configurado para remover a polarização de DC na ViNT antes de comparar a VINT ao limite de tensão de falha, em que a VINT compreende agora um sinal de AC puro. Deve-se entender que o terceiro filtro 268 não é limitado a um filtro passa-baixa, e pode compreender qualquer filtro adequado.

O segundo misturador 269 combina a tensão neutra integrada VINT do integrador 256 com a VINT filtrada do terceiro filtro 268. 0 segundo misturador 269 provê a VINT filtrada ao sistema de processamento 260.

Deve-se notar que, embora as técnicas atuais para a detecção de falha de aterramento em sistemas de HRG sejam descritas em conexão com um acionamento do motor, as técnicas não estão limitadas às ditas aplicações. Em vez disso, a mesma metodologia pode ser utilizada para a detecção de falhas de aterramento em uma grande variação de aplicações de circuito, em particular aqueles em que um barramento de DC é usado em conjunção com a reativação de AC/DC ou, mais geralmente, os circuitos de conversão e um circuito de conversão de DC/AC.

A descrição acima e os desenhos associados ensinam o melhor modo da invenção. As reivindicações a seguir especificam o âmbito da invenção. Note que alguns aspectos do melhor modo podem não estar dentro do âmbito da invenção como especificada nas reivindicações. Os técnicos no assunto apreciarão que as características descritas acima podem ser combinadas de várias maneiras para formar diversas variações da invenção. Como resultado, a invenção não é limitada às realizações específicas descritas acima, mas apenas pelas reivindicações a seguir e seus equivalentes.

Claims

1. DETECTOR DE FALHAS DE ATERRAMENTO DE HRG (200) CONFIGURADO PARA A DETECÇÃO DE UMA FALHA DE ATERRAMENTO EM UM SISTEMA DE ATERRAMENTO DE ALTA RESISTÊNCIA (HRG), o detector de falhas de aterramento de HRG compreendendo: uma primeira entrada A adaptada para ser acoplada a uma primeira fase PHA do sistema de HRG; uma segunda entrada B adaptada para ser acoplada a uma segunda fase PHB do sistema de HRG; uma terceira entrada C adaptada para ser acoplada a uma terceira fase PHC do sistema de HRG, e o detector de falha de aterramento de HRG (200) tendo uma rede de base entre um nó neutro N' e aterramento gerando uma tensão neutra simulada VN' no nó neutro N' a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHC, em que a tensão neutra simulada VN' compreende um potencial de tensão zero caso a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC sejam iguais; caracterizado por compreender um circuito detector compreendendo um integrador (256) acoplado ao nó neutro N’ e configurado para integrar a tensão neutra simulada VN', em que a tensão integrada VINT é substancialmente constante em amplitude, independentemente de uma frequência na primeira fase PHA, na segunda fase de PHB, e na terceira fase PHC; em que o circuito detector compreende ainda um sistema de processamento (260) acoplado ao integrador (256), e o sistema de processamento (260) é configurado para a comparação entre a tensão integrada VINT e um limite de tensão de falha predeterminado (206), e a detecção de uma falha de aterramento de HRG (304) no sistema de HRG caso a tensão integrada VINT exceda o limite de tensão de falha predeterminado (206); e em que o circuito detector é ainda configurado para determinar uma frequência fundamental de uma fase em falha a partir da tensão integrada VINT.

2. DETECTOR DE FALHAS DE ATERRAMENTO DE HRG (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo detector de falha de aterramento de HRG ser configurado para detectar a falha de aterramento de HRG independente de frequência da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHC.

3. DETECTOR DE FALHAS DE ATERRAMENTO DE HRG (200), de acordo com a reivindicação 1, em que o sistema de HRG é caracterizado por compreender um acionamento elétrico (100) acoplado a uma carga que compreende um motor elétrico, e em que o detector de falha de aterramento de HRG é configurado para detectar a falha de aterramento de HRG no acionamento elétrico (100) independente de uma velocidade de motor do motor.

4. DETECTOR DE FALHAS DE ATERRAMENTO DE HRG (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo circuito detector incluir um pré-filtro (253) e um pós-filtro (258), em que o detector de falha de aterramento de HRG filtra a tensão neutra simulada VN' com a utilização do pré-filtro (253), integra a tensão neutra simulada VN' com a utilização do integrador (256) para gerar uma tensão integrada VINT, filtra a tensão integrada VINT com a utilização do pós-filtro (258), compara a tensão integrada VINT e um limite de tensão de falha predeterminado (206), e determina a falha de aterramento de HRG no sistema de HRG caso a tensão integrada VINT exceda o limite de tensão de falha predeterminado (206).

5. DETECTOR DE FALHAS DE ATERRAMENTO DE HRG (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira fase recebida PHA ser acoplada a um nó neutro N’, a segunda fase recebida PHB ser acoplada ao nó neutro N’, e a terceira fase recebida PHC ser acoplada ao nó neutro N’, em que a tensão neutra simulada VN' existe no nó neutro N’.

6. MÉTODO DE DETECÇÃO DE FALHAS DE ATERRAMENTO DO ATERRAMENTO DE ALTA RESISTÊNCIA (HRG) PARA A DETECÇÃO DE UMA FALHA DE ATERRAMENTO DE HRG EM UM SISTEMA DE HRG, o método de detecção de falhas de aterramento compreendendo: receber, por um detector de falhas de aterramento de HRG (200) tendo uma rede de base entre um nó neutro N' e aterramento, uma primeira fase PHA, uma segunda fase PHB, e uma terceira fase PHC do sistema de HRG, gerar, pelo detector de falha de aterramento de HRG (200), uma tensão neutra simulada VN' no nó neutro N' a partir da primeira fase PHA, da segunda fase PHB, e da terceira fase PHC, em que a tensão neutra simulada VN' compreende um potencial de tensão zero caso a primeira fase PHA, a segunda fase PHB, e a terceira fase PHC sejam iguais; caracterizado por compreender integrar, pelo detector de falha de aterramento de HRG (200), a tensão neutra simulada VN' para gerar uma tensão integrada VINT; comparar, pelo detector de falha de aterramento de HRG (200), a tensão integrada VINT a um limite de tensão de falha predeterminado (206); detectar, pelo detector de falha de aterramento de HRG (200), a falha de aterramento de HRG no sistema de HRG caso a tensão integrada VINT exceder o limite de tensão de falha predeterminado (206); e determinar uma frequência fundamental de uma fase em falha a partir da tensão integrada VINT.

7. MÉTODO DE DETECÇÃO DE FALHA DE ATERRAMENTO DE HRG, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela comparação compreender ainda: a filtração, pelo detector de falha de aterramento de HRG (200), da tensão neutra simulada VN'.