BR102015029802B1

BR102015029802B1 - Sistema de transferência de potência de corrente contínua e método

Info

Publication number: BR102015029802B1
Application number: BR102015029802-1A
Authority: BR
Inventors: Rixin Lai; Dong Dong; Yan Pan
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2022-05-03
Also published as: EP3029473A2; BR102015029802A2; CN105652148A; US20160154046A1; US10191101B2; EP3029473A3; CN116540008A; EP3029473B1; CA2912337A1

Abstract

SISTEMA DE DETECÇÃO DE FALHA DE ATERRAMENTO, SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA E MÉTODO. Trata-se de um sistema de detecção de falha de aterramento para localizar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de corrente contínua (CC). O sistema inclui um componente de detecção de falha de aterramento e um sensor de corrente. O componente de detecção de falha de aterramento inclui um primeiro comutador e um primeiro elemento resistivo eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração em série. O componente de detecção de falha de aterramento também inclui um segundo comutador e um segundo elemento resistivo eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração em série. Além disso, o sensor de corrente é operacionalmente acoplado a uma carga e é configurado para medir uma corrente de falha na carga mediante a comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador e o segundo comutador para um estado de condução.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se geralmente a sistemas de corrente contínua e, mais particularmente, a um sistema e método para detectar a falha de aterramento em sistemas de corrente contínua.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os sistemas de transferência de potência de corrente contínua (CC) estão se tornando mais populares do que sistemas de transferência de potência de corrente alternada (CA) para transmitir potência em várias aplicações. Uma tal aplicação inclui aplicações marítimas, que podem incluir adicionalmente a construção de navio marítimo e sistemas de propulsão para aplicações marítimas. Os sistemas de transferência de potência de CC estão sendo empregados por proprietários de navios sobre os sistemas de transferência de potência de CA visto que os sistemas de transferência de potência de CC têm múltiplas vantagens sobre os sistemas de transferência de potência de CA. Algumas das vantagens podem incluir, por exemplo, melhor eficiência, menores emissões, menores níveis de ruídos e maior disponibilidade.

[003] Entretanto, sistemas de transferência de potência de CC atualmente disponíveis têm limitações em detectar falhas de aterramento que ocorrem nos sistemas de transferência de potência de CC. Os sistemas de transferência de potência de CC convencionais empregam um mecanismo de aterramento que inclui uma pluralidade de resistores e uma pluralidade de capacitores acoplados a uma fonte de potência em paralelo. A pluralidade de resistores e a pluralidade de capacitores auxiliam em fornecer uma tensão de referência de aterramento e a estabilizar a tensão de referência de aterramento respectivamente. Embora, mediante a ocorrência de uma falha em uma carga, a pluralidade de capacitores é descarregada através de um circuito de aterramento, que gera uma corrente de pulso. O mecanismo de aterramento empregado nos sistemas de transferência de potência de CC convencionais é incapaz de detectar tal corrente de pulso, o que leva a resultados indesejáveis.

[004] Portanto, existe uma necessidade de um sistema e método aprimorados para detectar a falha de aterramento nos sistemas de transferência de potência de CC.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] Brevemente, de acordo com uma realização, um sistema de detecção de falha de aterramento para localizar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de corrente contínua (CC) é fornecido. O sistema de detecção de falha de aterramento inclui um componente de detecção de falha de aterramento e um sensor de corrente. O componente de detecção de falha de aterramento inclui um primeiro comutador e um primeiro elemento resistivo eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração em série. O componente de detecção de falha de aterramento também inclui um segundo comutador e um segundo elemento resistivo eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração em série. Além disso, o sensor de corrente é operacionalmente acoplado a uma carga e é configurado para medir uma corrente de falha na carga mediante a comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador e o segundo comutador para um estado de condução.

[006] Em outra realização, um sistema de transferência de potência de corrente contínua (CC) é fornecido. O sistema de transferência de potência de CC inclui uma fonte de potência configurada para fornecer a potência de CC, um barramento de CC configurado para transmitir a potência de CC a partir da fonte de potência, pelo menos uma carga operacionalmente acoplada ao barramento de CC, e um sistema de detecção de falha de aterramento operacionalmente acoplado ao barramento de CC. O sistema de detecção de falha de aterramento inclui um componente de detecção de falha de aterramento e pelo menos um sensor de corrente. O componente de detecção de falha de aterramento inclui um primeiro comutador e um primeiro elemento resistivo eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração em série. O componente de detecção de falha de aterramento também inclui um segundo comutador e um segundo elemento resistivo eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração em série. Além disso, pelo menos um sensor de corrente é operacionalmente acoplado a pelo menos uma carga e é configurado para medir uma corrente de falha na pelo menos uma carga mediante a comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador ou o segundo comutador para um estado de condução.

[007] Em ainda outra realização, um método para detectar e localizar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de CC é fornecido. O método inclui identificar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de CC, comutar pelo menos um dentre um primeiro comutador e um segundo comutador em um componente de detecção de falha de aterramento mediante a identificação da falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC, passar uma corrente de falha através de pelo menos um dentre um primeiro elemento resistivo e um segundo elemento resistivo mediante a comutação do primeiro comutador ou do segundo comutador respectivamente para aumentar uma magnitude da corrente de falha, medir a corrente de falha em uma ou mais cargas mediante o aumento da magnitude da corrente de falha com o uso de um sensor de corrente operacionalmente acoplado a cada carga, detectar uma localização da falha de aterramento com base em uma corrente de falha medida em cada carga.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção irão se tornar melhor compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida em relação aos desenhos anexos em que caracteres similares representam partes similares em todos os desenhos.

[009] A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de transferência de potência de corrente contínua (CC) que inclui um sistema de detecção de falha de aterramento de acordo com uma realização da invenção.

[010] A Figura 2A e a Figura 2B são representações esquemáticas de um sistema de detecção de falha de aterramento acoplado a um primeiro barramento de CC e configurado para detectar e localizar uma falha de aterramento em uma carga eletricamente acoplada ao primeiro barramento de CC de acordo com uma realização da invenção.

[011] A Figura 3 é uma representação esquemática de sistema de detecção de falha de aterramento que inclui um componente de aterramento de CC que inclui adicionalmente elementos resistivos de acordo com uma realização da invenção.

[012] A Figura 4 é uma representação esquemática de uma realização alternativa de um sistema de detecção de falha de aterramento que inclui um componente de aterramento de CC que inclui adicionalmente um primeiro elemento capacitivo e um segundo elemento capacitivo de acordo com uma realização da invenção.

[013] A Figura 5 é um fluxograma que representa as etapas envolvidas em um método para detectar e localizar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de CC de acordo com uma realização da invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[014] As realizações da presente invenção incluem um sistema e um método para localizar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de corrente contínua (CC). O sistema de detecção de falha de aterramento inclui um componente de detecção de falha de aterramento e um ou mais sensores de corrente. O componente de detecção de falha de aterramento inclui um primeiro comutador, um segundo comutador, um primeiro elemento resistivo e um segundo elemento resistivo. O primeiro comutador é eletricamente acoplado ao primeiro elemento resistivo e o segundo comutador é eletricamente acoplado ao segundo elemento resistivo em uma configuração em série respectivamente. O um ou mais sensores de corrente são operacionalmente acoplados a uma ou mais cargas respectivas e são configurados para medir uma corrente de falha nas respectivas cargas mediante a comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador ou o segundo comutador para um estado de condução. A comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador ou o segundo comutador para o estado de condução permite que a corrente de falha passe através de pelo menos um dentre o primeiro elemento resistivo ou o segundo elemento resistivo. Mediante a passagem da corrente de falha através de pelo menos um dentre o primeiro elemento resistivo e o segundo elemento resistivo, uma magnitude da corrente de falha aumenta, o que permite que um ou mais sensores de corrente meçam a corrente de falha em respectivas cargas. Além disso, uma localização da falha de aterramento é detectada com base em medição de correntes de falha na uma ou mais cargas.

[015] A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de transferência de potência de corrente contínua (CC) 100 que inclui um sistema de detecção de falha de aterramento 110 de acordo com uma realização da invenção. O sistema de transferência de potência de CC 100 inclui uma fonte de potência de corrente contínua (CC) 120 operacionalmente acoplada a um primeiro barramento de CC 130. Em uma realização, a fonte de potência de CC 120 inclui uma fonte de potência de CA 122 operacionalmente acoplada a um retificador 124 e o primeiro barramento de CC 130 é acoplado a uma saída do retificador 124. Em outra realização, o sistema de transferência de potência de CC 100 pode incluir uma pluralidade de fontes de potência de CC 120. A fonte de potência de CC 120 gera a potência de CC que é transmitida ao longo do primeiro barramento de CC 130 para uma ou mais cargas 140 operacionalmente acopladas ao primeiro barramento de CC 130. Em uma realização, algumas das cargas 140 podem ser operacionalmente acopladas a um segundo barramento de CC 150 e o segundo barramento de CC 150 pode ser acoplado ao primeiro barramento de CC 130 através de um primeiro conversor CC-CA 160. Em uma realização, a uma ou mais cargas 140 podem incluir cargas de corrente alternada (CA) 142 e cargas de CC 144. Em uma realização específica, as cargas de CA 142 podem incluir motores motor elétrico e as cargas de CC 144 podem incluir elementos de armazenamento de energia tal como uma bateria. As cargas de CA 142 são operacionalmente acopladas ao primeiro barramento de CC 130 ou ao segundo barramento de CC 150 através de um inversor 170. O inversor 170 converte a potência de CC recebida a partir do primeiro barramento de CC 130 ou do segundo barramento de CC 150 para potência de CA e supre a potência de CA para as respectivas cargas de CA 142. Similarmente, as cargas de CC 144 são operacionalmente acopladas ao primeiro barramento de CC 130 ou ao segundo barramento de CC 150 através de um segundo conversor CC-CA 180. O conversor CC-CA 180 recebe a potência de CC a partir do primeiro barramento de CC 130 ou do segundo barramento de CC 150 e converte a potência de CC com base em exigências da respectiva carga de CC e supre o mesmo para as cargas de CC 144. Em uma realização, o sistema de transferência de potência de CC 100 pode incluir um sistema de transferência de potência de CC de tensão média (por exemplo, 1 kV a 10 kV). Em outra realização, o sistema de transferência de potência de CC 100 pode incluir um sistema de transferência de potência de CC de embarcação marítima.

[016] As falhas de aterramento podem ocorrer uma ou mais cargas 140 no sistema de transferência de potência de CC 100 divido a várias razões. Algumas das razões podem incluir isolamento reduzido, danos físicos a um sistema de isolamento ou estresses de tensão transitória excessiva ou de estado permanente no sistema de isolamento do sistema de transferência de potência de CC 100. O sistema de transferência de potência de CC 100 inclui o sistema de detecção de falha de aterramento 110 acoplado ao primeiro barramento de CC 130 que detecta e localiza a falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC 100 mediante a ocorrência da falha de aterramento. O sistema de detecção de falha de aterramento 110 inclui um componente de detecção de falha de aterramento 112, um componente de aterramento de CC 114 e um ou mais sensores de corrente 116 operacionalmente acoplados a uma ou mais cargas 140. O componente de aterramento de CC 114 é usado para fornecer aterramento para o sistema de transferência de potência de CC 100 e também para detectar a falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC 100. Além disso, o componente de detecção de falha de aterramento 112 e o um ou mais sensores de corrente 116 são usados para localizar uma origem da falha de aterramento. Em uma realização, o componente de aterramento de CC 114 e o componente de detecção de falha de aterramento 112 podem ser acoplados em paralelo um ao outro. Em outra realização, o componente de detecção de falha de aterramento 112 e o componente de aterramento de CC 114 podem ser acoplados ao primeiro barramento de CC 130 em localizações diferentes e podem ou não ter um acoplamento físico entre si.

[017] Além disso, mediante a localização de falhas de aterramento em uma ou mais cargas, o sistema de transferência de potência de CC 100 isola a uma ou mais cargas falhas a partir do primeiro barramento de CC 130 com o uso de conhecidos protocolos de transmissão e rede. Em uma realização, um sistema de detecção de falha de aterramento adicional (não mostrado) pode ser acoplado ao segundo barramento de CC 150 para detectar e localizar a falha de aterramento dentro das cargas operacionalmente acopladas ao segundo barramento de CC 150. Em outra realização, o sistema de detecção de falha de aterramento 110 e o sistema de detecção de falha de aterramento adicional podem ser configurados para ou operar independentemente um do outro ou em combinação para detectar e localizar a falha de aterramento com o uso de meios e medidas adequados.

[018] As Figuras 2A e 2B são representações esquemáticas de um sistema de detecção de falha de aterramento 200 acoplado a um primeiro barramento de CC 210 configurado para detectar e localizar uma falha de aterramento 220 em uma carga 230 eletricamente acoplada ao primeiro barramento de CC 210 de acordo com uma realização da invenção. O primeiro barramento de CC 210 é acoplado a uma fonte de potência 240 e inclui um trilho positivo 212 e um trilho negativo 214. O sistema de detecção de falha de aterramento 200 inclui um componente de detecção de falha de aterramento 250 e um componente de aterramento de CC 260 eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração paralela entre o trilho positivo 212 e o trilho negativo 214 do primeiro barramento de CC 210. Além disso, o trilho positivo 212 e o trilho negativo 214 do primeiro barramento de CC 210 são aterrados através de componente de aterramento de CC 260 com o uso de técnicas conhecidas em um ponto neutro 270 para fornecer uma tensão de referência de aterramento equilibrada. Qualquer técnica conhecida que fornece uma tensão de referência de aterramento equilibrada pode ser usada para formar o componente de aterramento de CC 260 algumas das quais são descritas posteriormente nas especificações. O componente de aterramento de CC 260 e o componente de detecção de falha de aterramento 250 são acoplados ao ponto neutro 270 em um primeiro ponto médio 265 e em um segundo ponto médio 255 respectivamente. Além disso, a carga 230 é eletricamente acoplada ao primeiro barramento de CC 210 através do trilho positivo 212 e do trilho negativo 214.

[019] Durante a operação normal, a tensão de referência de aterramento equilibrada no trilho positivo 212 e no trilho negativo 214 é equivalente a uma tensão de CC positiva

' e a uma tensão de CC negativa

em relação ao ponto neutro 270 respectivamente. Além disso,a falha de aterramento 220 pode ocorrer no trilho negativo 214, no trilho positivo 212 ou em ambos. Em situações, onde a falha de aterramento 220 ocorre no trilho positivo 212, a tensão no trilho positivo 212 que era

mudaria para 0 e a tensão no trilho negativo 212 que era

mudaria para

. Similarmente, se a falha de aterramento 220 ocorre no trilho negativo 214, a tensão de CC positiva

no trilho positivo 212 muda a partir de

para e

a tensão de CC negativa no trilho negativo 214 muda a partir de

para 0. Assim, medindo-se a mudança na tensão de CC no trilho positivo 212 ou a mudança na tensão de CC no trilho negativo 214, o sistema de detecção de falha de aterramento 200 detecta a ocorrência da falha de aterramento 220 no sistema de transferência de potência de CC (Figura 1) e também identifica o trilho no qual a falha de aterramento 220 ocorreu.

[020] Além disso, conforme mostrado na Figura 2A, mediante a ocorrência da falha de aterramento 220 no trilho negativo 214 acoplado à carga 230, uma corrente de falha representada pela seta 280 é induzida no sistema de transferência de potência de CC da Figura 1. A corrente de falha 280 forma um circuito e flui através da carga 230, através do trilho negativo 214, através da fonte de potência 240, o componente de aterramento de CC 260, e atinge o ponto neutro 270. Tal corrente de falha faz com que a tensão de CC positiva

no trilho positivo 212 mude a partir de

para

O sistema de detecção de falha de aterramento 200 detecta a mudança na tensão de referência de aterramento de CC e notifica um usuário ou um controlador de sistema (não mostrado). Em uma realização, o componente de aterramento de CC 260 pode limitar a corrente de falha 280 a uma magnitude predeterminada, que não exige um desligamento imediato do sistema de transferência de potência de CC. O componente de aterramento de CC 260 pode incluir várias configurações algumas das quais serão discutidas abaixo.

[021] A Figura 3 é uma representação esquemática de um sistema de detecção de falha de aterramento 300 que inclui um componente de aterramento de CC 310 que inclui adicionalmente elementos resistivos 320. O sistema de detecção de falha de aterramento 300 é substancialmente similar ao sistema de detecção de falha de aterramento 200 das Figuras 2A e 2B que têm algumas diferenças em relação ao componente de aterramento de CC 260 das Figuras 2A e 2B. Nessa realização, um terceiro elemento resistivo 320 e um quarto elemento resistivo 330 são acoplados em série um ao outro de modo que o ponto médio 265 entre o terceiro elemento resistivo 320 e o quarto elemento resistivo 330 esteja acoplado ao ponto neutro 270.

[022] A Figura 4 é uma representação esquemática de uma realização alternativa de um sistema de detecção de falha de aterramento 350 que inclui um componente de aterramento de CC 360 que inclui adicionalmente um primeiro elemento capacitivo 370 e um segundo elemento capacitivo 380. O sistema de detecção de falha de aterramento 350 é substancialmente similar ao sistema de detecção de falha de aterramento 200 das Figuras 2A e 2B que têm algumas diferenças em relação ao componente de aterramento de CC 260 das Figuras 2A e 2B. Nessa realização, os elementos resistivos 320, 330 da Figura 3 podem ser substituídos com o primeiro elemento capacitivo 370 e com o segundo elemento capacitivo 380. O primeiro elemento capacitivo 370 e o terceiro elemento capacitivo 380 são acoplados em série um ao outro de modo que o ponto médio 265 entre o primeiro elemento capacitivo 370 e o segundo elemento capacitivo 380 esteja acoplado ao ponto neutro 270.

[023] Em relação continuada à Figura 2A, embora, a falha de aterramento seja detectada no sistema de transferência de potência de CC (Figura 1), a localização da carga 230 em que a falha de aterramento 220 ocorreu não é detectada. Isso é devido à impedância do componente de aterramento de CC 260 que limita a magnitude da corrente de falha 280 para evitar danos ao sistema de transferência de potência de CC. A magnitude da corrente de falha 280 que flui através do componente de aterramento de CC 260 é tal que o sistema de detecção de falha de aterramento 200 é incapaz de detectar a corrente de falha 280 que flui no sistema de transferência de potência de CC. Portanto, o sistema de detecção de falha de aterramento 200 usa o componente de detecção de falha de aterramento 250 para aumentar a magnitude da corrente de falha 280 para um limite predefinido que pode ser detectado pelo sistema de detecção de falha de aterramento 200. O sistema de detecção de falha de aterramento 200 detecta a corrente de falha 280 em cada carga 230 no sistema de transferência de potência de CC como a corrente de falha 280 será detectada somente na carga 230 onde a falha de aterramento 220 ocorreu. Portanto, o sistema de detecção de falha de aterramento 200 usa a corrente de falha 280 para detectar a localização da falha de aterramento 220 no sistema de transferência de potência de CC.

[024] Em relação à Figura 2B, mediante a detecção da falha de aterramento 220 pelo componente de aterramento de CC 260, o sistema de detecção de falha de aterramento 200 localiza a carga 230 em que o a falha de aterramento 220 ocorreu. Para essa finalidade, o sistema de detecção de falha de aterramento 200 inclui o componente de detecção de falha de aterramento 250 e um ou mais sensores de corrente 290 operacionalmente acoplados à carga 230. O componente de detecção de falha de aterramento 250 inclui um primeiro comutador 252 eletricamente acoplado em série a um primeiro elemento resistivo 254 acima do ponto médio 255 do componente de detecção de falha de aterramento 250 e um segundo comutador 256 eletricamente acoplado em série a um segundo elemento resistivo 258 abaixo do ponto médio 255 do componente de detecção de falha de aterramento 250. Em uma realização, o primeiro comutador 252 e o segundo comutador 256 podem incluir um comutador mecânico ou um comutador semicondutor.

[025] O componente de detecção de falha de aterramento 250 é projetado de modo que uma impedância detectora do componente de detecção de falha de aterramento 250 seja menor do que a impedância do componente de aterramento de CC 260. A impedância detectora é escolhida de modo que a corrente de falha 280, quando desviada para fluir a partir do componente de detecção de falha de aterramento 250, aumenta a magnitude da corrente de falha 280 para o limite predefinido que é mensurável pelo sistema de detecção de falha de aterramento 200. Para essa finalidade, pelo menos um dentre o primeiro comutador 252 e o segundo comutador 256 pode ser comutado para um estado de condução. Em situações, onde a falha de aterramento 220 é detectada no trilho negativo 214 do primeiro barramento de CC 210, o primeiro comutador 252 é comutado para o estado de condução, ou se a falha de aterramento é detectada em um trilho positivo 212 do primeiro barramento de CC 210, o segundo comutador 256 é comutado para o estado de condução. Além disso, se a falha de aterramento ocorreu no trilho positivo 212 e no trilho negativo 214, o primeiro comutador 252 e o segundo comutador 256 são comutados para o estado de condução simultaneamente.

[026] Nesse exemplo, visto que a falha de aterramento ocorreu no trilho negativo 214, o primeiro comutador 252 é comutado para o estado de condução. Tal comutação do primeiro comutador 252 permite que a corrente de falha 280 passe através do primeiro elemento resistivo 254 que tem uma impedância mais baixa do que a do componente de aterramento de CC 260, por exemplo, o terceiro elemento resistivo 320 da Figura 3. Por exemplo, em um sistema de transferência de potência de CC de tensão média (por exemplo, 1 kV a 10 kV), o terceiro elemento resistivo 320 e o quarto elemento resistivo 330 (Figura 3) do componente de aterramento de CC 260 da Figura 3 são escolhidos de modo que a corrente de falha 280 não exceda um ampere, então, o primeiro elemento resistivo 254 e o segundo elemento resistivo 258 são escolhidos de modo que a corrente de falha 280 possa aumentar até dez amperes. Portanto, a passagem da corrente de falha 280 através do primeiro elemento resistivo 254 em vez do componente de aterramento de CC 260 aumenta a magnitude da corrente de falha 280 que é mensurável pelo um ou mais sensor de corrente 290. Em uma realização, o primeiro comutador 252 e o segundo comutador 256 podem ser configurados para comutar continuamente com base em um padrão de comutação predefinido durante as operações do sistema de transferência de potência de CC para detectar a localização da falha de aterramento 220 no sistema de transferência de potência de CC. Para essa finalidade, o primeiro comutador 252 e o segundo comutador 258 podem ser comutados continuamente com base no padrão de comutação predefinido para gerar uma corrente de aterramento alternada ou uma corrente de aterramento contínua. Além disso, uma forma de onda de saída da corrente de aterramento alternada ou da corrente de aterramento contínua pode ser monitorada para detectar quaisquer desvios a partir de uma forma de onda de saída predefinida. Quaisquer desvios a partir da forma de onda de saída predefinida podem representar uma falha de aterramento 220 e visto que o primeiro comutador 252 e o segundo comutador 258 estão sendo comutados continuamente, o um ou mais sensores de corrente 290 em cada carga 230 podem medir a corrente de falha 280 em cada uma das cargas 230 para determinar a localização da falha de aterramento 220. Em tal realização, o um ou mais sensores de corrente 290 podem incluir um transformador de corrente.

[027] O processo supracitado para medir a corrente de falha 280 na carga 230 pode ser aplicado a uma pluralidade de cargas, em que cada carga é operacionalmente acoplada a um sensor de corrente conforme mostrado na Figura 1. Visto que cada carga é operacionalmente acoplada a um respectivo sensor de corrente, que passa na corrente de falha através de pelo menos um dentre o primeiro elemento resistivo e o segundo elemento resistivo, permite que cada sensor de corrente meça a corrente de falha em respectivas cargas. Subsequentemente, as cargas em que o sensor de corrente mede a corrente de falha são identificas como cargas falhas e tais cargas falhas são isoladas do sistema de transferência de potência de CC.

[028] A Figura 5 é um fluxograma que representa as etapas envolvidas em um método 400 para detectar e localizar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de CC de acordo com uma realização da invenção. O método 400 inclui identificar uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de CC na etapa 410. O método 400 também inclui comutar pelo menos um dentre um primeiro comutador e um segundo comutador em um componente de detecção de falha de aterramento mediante a identificação da falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC na etapa 420. Em uma realização, o primeiro comutador e o segundo comutador são comutados continuamente com base em um padrão de comutação predefinido. Em outra realização, o primeiro comutador é comutado mediante a ocorrência da falha de aterramento em um trilho negativo de um barramento de CC e o segundo comutador é comutado mediante a ocorrência da falha de aterramento em um trilho positivo do barramento de CC. Em ainda outra realização, pelo menos um dente o primeiro comutador ou o segundo comutador são comutados em uma frequência fixa para gerar uma corrente de aterramento alternada ou uma corrente de aterramento contínua e a corrente de aterramento alternada ou a corrente de aterramento de CC é medida com o uso de um transformador de corrente para detectar uma localização da falha de aterramento. O método 400 inclui adicionalmente passar uma corrente de falha através de pelo menos um dentre um primeiro elemento resistivo e um segundo elemento resistivo mediante a comutação do primeiro comutador ou do segundo comutador respectivamente para aumentar uma magnitude da corrente de falha na etapa 430. O método 400 também inclui medira a corrente de falha em uma ou mais cargas mediante o aumento da magnitude da corrente de falha com o uso de um sensor de corrente operacionalmente acoplado a cada carga na etapa 440. O método 400 inclui adicionalmente detectar uma localização da falha de aterramento com base em uma corrente de falha medida em cada carga na etapa 450. Em uma realização, o método 400 inclui adicionalmente isolar a carga correspondente a uma localização detectada da falha de aterramento a partir de um barramento de CC no sistema de transferência de potência de CC.

[029] Deve ser compreendido que um técnico no assunto irá reconhecer a permutabilidade de várias características a partir de diferentes realizações e que as várias características descritas, assim como outras equivalentes conhecidas para cada característica, podem ser misturadas e combinadas por técnicos no assunto para construir sistemas e técnicas adicionais de acordo com os princípios desta invenção. É, portanto, para ser compreendido que as reivindicações anexas são concebidas para cobrir todas tais modificações e mudanças que estejam dentro do escopo da invenção.

[030] Embora somente certas características da invenção tenham sido ilustradas e descritas no presente documento, muitas modificações e mudanças irão ocorrer para os técnicos no assunto. É, portanto, para ser compreendido que as reivindicações anexas são concebidas para cobrir todas tais modificações e mudanças que estejam dentro do escopo da invenção.

Claims

1. SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA (CC), caracterizado por compreender: uma fonte de potência (240) configurada para fornecer potência de CC, um barramento de CC (130, 210) configurado para transmitir a potência de CC a partir da fonte de potência (240) e incluindo um trilho positivo (212) e um trilho negativo (214); pelo menos uma carga (140, 230) operacionalmente acoplada ao barramento de CC (130, 210); um sistema de detecção de falha de aterramento (100, 200, 300, 350) para localizar uma falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC, o sistema de detecção de falha de aterramento (100, 200, 300, 350) operacionalmente acoplado ao barramento de CC (130, 210) e compreendendo: um componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) compreendendo: um primeiro comutador (252) e um segundo comutador (258); um primeiro elemento resistivo (254) e um segundo elemento resistivo (256); em que primeiro comutador (252) é eletricamente acoplado ao primeiro elemento resistivo (254) e o segundo comutador (258) é eletricamente acoplado ao segundo elemento resistivo (256) em uma configuração em série respectivamente; um sensor de corrente (116, 290) operacionalmente acoplado à carga (140, 230) e configurado para medir uma corrente de falha na carga (140, 230) mediante a comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador (252) e o segundo comutador (258) para um estado de condução; e um componente de aterramento de CC (260, 310) acoplado ao componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) em uma configuração paralela entre o trilho positivo (212) e o trilho negativo (214) de um primeiro barramento de CC (130, 210), em que o componente de aterramento de CC (260, 310) é configurado para fornecer uma tensão de referência de aterramento equilibrada em um ponto neutro (270), em que o componente de aterramento de CC (260, 310) compreende um terceiro elemento resistivo (320) e um quarto elemento resistivo (330), um primeiro elemento capacitivo (360) e um segundo elemento capacitivo (370), ou uma combinação dos mesmos para fornecer a tensão de referência de aterramento equilibrada.

2. SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CC,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro comutador (252) ser comutado para um estado de condução mediante a ocorrência da falha de aterramento no trilho negativo (214) do barramento de CC (130, 210) no sistema de transferência de potência de CC e o segundo comutador (258) ser comutado mediante a ocorrência da falha de aterramento no trilho positivo (212) do barramento de CC (130, 210) no sistema de transferência de potência de CC.

3. SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela impedância de aterramento do componente de aterramento de CC (260, 310) ser mais alta do que uma impedância detectora do componente de detecção de falha de aterramento (112, 250).

4. SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro comutador (252) e o segundo comutador (258) serem configurados para comutar continuamente com base em um padrão de comutação predefinido para localizar a falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC.

5. SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CC,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma carga (140, 230) compreender um motor elétrico, um elemento de armazenamento de energia ou a combinação dos mesmos.

6. SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA DE CC,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sensor de corrente (116, 290) compreender um transformador de corrente.

7. MÉTODO, caracterizado por compreender: identificar usando um sistema de detecção de falha de aterramento (100, 200, 300, 350) uma falha de aterramento em um sistema de transferência de potência de CC compreendendo: uma fonte de potência (240) configurada para fornecer potência de CC; um barramento de CC (130, 210) configurado para transmitir a potência de CC a partir da fonte de potência (240) e incluindo um trilho positivo (212) e um trilho negativo (214); uma ou mais cargas (140, 230) operacionalmente acopladas ao barramento de CC (130, 210); um sistema de detecção de falha de aterramento (100, 200, 300, 350) operacionalmente acoplado ao barramento de CC (130, 210) e compreendendo um componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) e um componente de aterramento de CC (260, 310) eletricamente acoplados um ao outro em uma configuração paralela entre o trilho positivo (212) e o trilho negativo (214) do barramento de CC (130, 210); o componente de aterramento de CC (260, 310) sendo configurado para fornecer uma tensão de referência de aterramento equilibrada; comutar pelo menos um dentre um primeiro comutador (252) e um segundo comutador (258) do componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) mediante a identificação da falha de aterramento no sistema de transferência de potência de CC; passar uma corrente de falha através de pelo menos um dentre um primeiro elemento resistivo (254) e um segundo elemento resistivo (256) do componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) mediante a comutação do primeiro comutador (252) ou do segundo comutador (258) respectivamente para aumentar uma magnitude da corrente de falha; medir a corrente de falha na uma ou mais cargas (140, 230) mediante o aumento da magnitude da corrente de falha com o uso de um sensor de corrente (140, 230) operacionalmente acoplado a cada carga (140, 230); e detectar uma localização da falha de aterramento com base em uma corrente de falha medida em cada carga (140, 230), em que uma tensão de referência de aterramento equilibrada é fornecida ao componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) em um ponto neutro (270) por um componente de aterramento de CC (260, 310) acoplado ao componente de detecção de falha de aterramento (112, 250) em uma configuração paralela entre um trilho positivo (212) e um trilho negativo (214) de um barramento de CC (130, 210); e em que o componente de aterramento de CC (260, 310) compreende um terceiro elemento resistivo (320) e um quarto elemento resistivo (330), um primeiro elemento capacitivo (360) e um segundo elemento capacitivo (370), ou uma combinação dos mesmos para fornecer a tensão de referência de aterramento equilibrada.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente comutar o primeiro comutador (252) e o segundo comutador (258) continuamente com base em um padrão de comutação predefinido.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela comutação de pelo menos um dentre o primeiro comutador (252) e o segundo comutador (258) compreender comutar o primeiro comutador (252) mediante a ocorrência da falha de aterramento no trilho negativo (214) do barramento de CC (130, 210) no sistema de transferência de potência de CC e comutar o segundo comutador (258) mediante a ocorrência da falha de aterramento no trilho positivo (212) do barramento de CC (130, 210) no sistema de transferência de potência de CC.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente comutar pelo menos um dentre o primeiro comutador (252) e o segundo comutador (258) em uma frequência fixa para gerar uma corrente de aterramento alternada ou um corrente de aterramento contínua e medir a corrente de aterramento alternada ou a corrente de aterramento contínua com o uso de um transformador de corrente para detectar a localização da falha de aterramento.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente isolar a carga (140, 230) correspondente a uma localização detectada da falha de aterramento a partir do barramento de CC (130, 210) no sistema de transferência de potência de CC.