BR102016006118B1

BR102016006118B1 - Sistema para uso com um transdutor de corrente de fibra óptica

Info

Publication number: BR102016006118B1
Application number: BR102016006118-0A
Authority: BR
Inventors: Daniel Robert Wallace; John Michael Kern; Richard Young; Brian Ross
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2021-09-08
Also published as: CA2923916A1; US20160291064A1; US10473697B2; EP3076191A1; BR102016006118A2; CA2923916C; CN106124821A

Abstract

sistemas para uso com um transdutor de corrente de fibra óptica e método. trata-se de um sistema para uso com um transdutor de corrente de fibra óptica que é fornecido. o sistema inclui uma unidade de processamento configurada para transduzir um primeiro sinal de luz para um primeiro sinal elétrico. a unidade de processamento é adicionalmente configurada para transduzir um segundo sinal de luz para um segundo sinal elétrico. além do mais, a unidade de processamento é configurada para remover os deslocamentos do primeiro sinal elétrico e do segundo sinal elétrico forçando-se para que o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico estejam na mesma base por unidade.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, de modo geral, a transdutores de corrente. Mais particularmente, a presente invenção se refere a transdutores de corrente com cancelamento de deslocamento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As linhas de transmissão de alta tensão exigem monitoramento de tensão ou de corrente permanente, a fim de reagir às falhas de maneira apropriada. Especificamente, a capacidade para detectar rápida e confiavelmente correntes transientes é preponderante, devido ao fato de que os circuitos de proteção precisam reagir no tempo adequado para mitigar curtos- circuitos que possam danificar o equipamento localizado em ambas as extremidades de uma linha de transmissão.

[003] Em algumas aplicações que exigem tipicamente altas tensões (>69kV), o fluxo de corrente (estado permanente ou transiente) pode ser medido com uso de transformadores de corrente de núcleo de ferro tradicionais ou com uso de transdutores de corrente ópticos. Os transformadores de núcleo de ferro incluem isolantes de cerâmica dispendiosos que são usados para fornecer isolamento adequado entre os enrolamentos de transformadores. Como tais, os mesmos podem não ser uma solução econômica, ao considerar a distribuição em grandes redes de distribuição de eletricidade. De modo ainda mais importante, entretanto, esses transformadores têm características de desempenho indesejadas. A saber, os mesmos podem introduzir distorções significativas no sinal de corrente medido devido à histerese de seus núcleos de ferro.

[004] Os transdutores de corrente de fibra óptica (FOCTs) foram usados como uma tecnologia alternativa para contornar os problemas mencionados anteriormente; os FOCTs podem ser menos dispendiosos, embora, para aplicações com tensões inferiores a 15 kV, esse possa não ser o caso. Todavia, os FOCTs têm desempenho superior. Os mesmos operam no princípio de rotação de Faraday, que é um efeito magneto-óptico por onde uma rotação do plano de polarização de um feixe de luz confinado em uma guia de onda de fibra óptica colocada próxima à linha de transmissão é observada, em resposta a um campo magnético induzido pelo fluxo de corrente. O ângulo de rotação é linearmente proporcional ao componente do campo magnético, na direção de propagação da luz, e, como tal, a mudança no ângulo pode ser correlacionada com a resistência do campo magnético, que pode, por sua vez, ser usada para calcular a corrente.

[005] Um sensor de medição de FOCT com base em reflexão típico inclui um módulo de componentes ópticos com três fibras fixadas no mesmo. Duas dentre as fibras (fibras de dados) são conectadas a um receptor e a terceira fibra é uma fibra de birrefringência baixa (LBF) que é envolvida ao redor da linha de transmissão.

[006] Dentro do módulo há um polarizador que polariza a luz em zero grau. Após a luz ser polarizada, a mesma é girada por 22,5 graus, com uso de um rotor Faraday. A partir do rotor, a luz entra na LBF, em que a mesma é adicionalmente girada pelo campo magnético induzido pela corrente na linha de transmissão. Na extremidade da LBF há um espelho que reflete a luz de volta para o rotor, que gira a luz por mais 22,5 graus. Após a segunda rotação, a luz é dividida em dois componentes que são transduzidos pelo receptor para dois sinais elétricos denotados “X” e “Y.”

[007] O rotor Faraday pode causar erros significativos nos componentes X e Y. Esses erros são manifestados como deslocamentos de CC, em cada um dos sinais, e os mesmos são devido a variações na temperatura no cristal que produz o rotor Faraday. Como tais, esses deslocamentos são designados “deslocamentos de cristal.” Os deslocamentos também podem surgir das perdas que ocorrem quando a luz percorre através das fibras de dados. Todos dentre esses deslocamentos podem introduzir erros significativos na estimativa da corrente na linha de transmissão.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Os FOCTs, configurados de acordo com as realizações da presente invenção, têm várias vantagens que ajudam a mitigar várias deficiências conhecidas no estado da técnica. Por exemplo, as realizações da presente invenção permitem que os deslocamentos sejam removidos do sinal medido e, assim, fornecem uma saída mais precisa do que é possível com FOCTs convencionais. Além do mais, os FOCTs configurados de acordo com os ensinamentos caracterizados no presente documento têm a vantagem de remover os recursos não simétricos na forma de onda de corrente medida, tornando possível, assim, fornecer informações precisas ao processar a corrente com uso de técnicas de Transformada de Fourier, por exemplo. Essas vantagens, e outras que serão prontamente evidentes a um técnico no assunto, são fornecidas pelas realizações inovadoras reveladas no presente documento.

[009] Em uma realização, a presente invenção caracteriza um sistema para uso com um transdutor de corrente de fibra óptica. o sistema inclui uma unidade de processamento configurada para transduzir um primeiro sinal de luz para um primeiro sinal elétrico. A unidade de processamento também é configurada para transduzir um segundo sinal de luz para um segundo sinal elétrico. Além do mais, a unidade de processamento é configurada para remover os deslocamentos do primeiro sinal elétrico e do segundo sinal elétrico, forçando- se para que o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico estejam na mesma base por unidade.

[010] Em outra realização, a presente invenção fornece um sistema para uso com um transdutor de corrente de fibra óptica. O sistema inclui uma unidade de processamento configurada para transduzir um primeiro sinal de luz para umprimeiro sinal elétrico e um segundo sinal de luz para um segundo sinal elétrico. A unidade de processamento pode incluir um conjunto de circuitos de regulação configurado para normalizar o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico e para remover os deslocamentos no primeiro sinal elétrico e no segundo sinal elétrico, mediante normalização.

[011] Ainda, em outra realização, a presente invenção caracteriza um método que inclui ajustar, por um sistema, um primeiro sinal elétrico e um segundo sinal elétrico, até que ambos os sinais elétricos estejam na mesma base por unidade. O método inclui adicionalmente remover, pelo sistema, os deslocamentos presentes em cada um dentre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico ajustados.

[012] Os recursos e as vantagens adicionais, bem como a estrutura e a operação de várias realizações, são descritos em detalhes abaixo, em referência às Figuras anexas. Observa-se que a invenção não se limita às realizações específicas descritas no presente documento. Tais realizações são apresentadas no presente documento apenas com propósitos ilustrativos. As realizações adicionais serão evidentes para os técnicos no assunto, com base nos ensinamentos contidos no presente documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[013] As realizações ilustrativas podem tomar a forma de vários componentes e disposições de componentes. As realizações ilustrativas são mostradas nas Figuras anexas, ao longo das quais os números de referência semelhantes podem indicar partes similares ou correspondentes nas várias Figuras. As Figuras são apenas para propósitos de ilustração das realizações e não devem ser interpretadas como limitantes da invenção. Dada a descrição viabilizadora, a seguir, das Figuras, os aspectos inovadores da presente invenção devem se tornar evidentes para um técnico no assunto.

[014] A Figura 1 é uma ilustração de uma configuração de sistema de transdutor de corrente de fibra óptica, de acordo com uma realização.

[015] A Figura 2 é uma ilustração de um sistema, de acordo com uma realização.

[016] A Figura 3 é uma ilustração de outro sistema, de acordo com uma realização.

[017] A Figura 4 é um fluxograma que retrata um método para remover os deslocamentos, de acordo com uma realização.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[018] Embora as realizações ilustrativas sejam descritas, no presente documento, para aplicações particulares, deve-se compreender que a presente invenção não se limita às mesmas. Aqueles técnicos no assunto, com acesso aos ensinamentos fornecidos no presente documento reconhecerão as modificações adicionais, aplicações e realizações dentro do escopo das mesmas e dos campos adicionais em que a presente invenção seria de utilidade significativa.

[019] A Figura 1 é uma ilustração de um sistema de transdutor de corrente de fibra óptica 100, de acordo com uma realização. O FOCT inclui um módulo de sensor 105 e um módulo de receptor 101. O módulo de sensor 105 inclui uma fibra 115 posicionada ao redor do condutor 113. O módulo de receptor 101 inclui uma fonte de luz 107 que produz um feixe de luz não polarizado 131 para entrada em um divisor óptico 109. O divisor óptico 109 é configurado para dividir o feixe de luz 131 em múltiplas saídas, das quais apenas duas são mostradas (125 e 126).

[020] A saída 126 é alimentada a um circulador óptico 111 que permite que a luz entre em um primeiro orifício (P1) e saia através de um segundo orifício (P2). A luz que retorna ao segundo orifício (P2) do circulador óptico 111 é direcionada a um terceiro orifício (P3) de divisor óptico 109 do sensor de fibra óptica 105, por meio do módulo óptico 118. O feixe de luz 131 é acoplado à fibra 115 e serve como um feixe de luz de sonda que muda a polarização quando a corrente flui no condutor 113. A luz na fibra 115 é refletida de volta para a fibra, com uso de um espelho de extremidade 116, e de volta para o receptor 101, por meio do trajeto 123 e do trajeto 121. Os trajetos 123 e 121 podem ser implantados com uso de fibras ópticas ou numerosos outros dispositivos de guiamento de onda conhecidos no estado da técnica.

[021] Conforme declarado acima, a luz na fibra 115 é refletida de volta para o receptor 101. Uma unidade de processamento 132 incluída no receptor 101 é configurada para processar a luz refletida, a fim de fornecer (no terminal 129) uma medida da corrente, no condutor 113. A unidade de processamento 132 inclui os transdutores 117 e 119. Esses transdutores são configurados para converter os feixes de luz, a partir do trajeto 123 e do trajeto 121, em sinais elétricos X e Y, respectivamente.

[022] Os transdutores 117 e 119 podem ser implantados com uso de diodos PIN. A título de exemplo e sem limitação, cada diodo PIN pode ter uma responsividade na faixa de cerca de 0,1 [Amperes/Watt] ([A/W]) a cerca de 1 [A/W]. Os transdutores também podem ser implantados com uso de outros tipos de configurações de fotodetector. Por exemplo, as junções p-n, os sensores fotoelétricos de barreira (photogates), os sensores de pixel ativos ou passivos podem ser usados para implantar cada um dentre os transdutores 117 e 119. Em geral, qualquer fototransdutor pode ser usado, sem se afastar do escopo considerado na presente invenção.

[023] A unidade de processamento 132 inclui um sistema 200 configurado para processar sinais elétricos X e Y, a fim de produzir um sinal de saída no terminal 129, sendo que o sinal de saída é indicativo da corrente no condutor 113. Observa-se que o sinal no terminal 129, representativo da corrente no condutor 113, pode ser um valor digital ou uma saída analógica, que pode ser obtido a partir de um conversor de sinal digital para analógico. Embora apenas o terminal 129 seja mostrado na Figura 1 como uma saída de unidade de processamento 132 (e de sistema 200), outros terminais de saída podem ser apresentados. Além do mais, embora os transdutores 117 e 119 sejam mostrados como sendo separados do sistema 200, em algumas implantações, esses transdutores podem ser parte do sistema 200.

[024] A Figura 2 é uma ilustração do sistema 200, conforme discutido acima, em relação à Figura 1. Observa-se que o sistema 200 pode ser implantado com uso de circuitos integrados distintos, tais como conversores de sinal analógico para digital (A/D), conversores de sinal digital para analógico (DAC), multiplexadores (MUX), amplificadores, reguladores integrais, reguladores do tipo empurrar-puxar, junções de soma e similares. O sistema 200 também pode ser implantado com uso de um ou mais sistemas embutidos programáveis (consultar a Figura 3). Um ou mais sistemas embutidos referidos podem fornecer as funcionalidades que serão discutidas abaixo, em relação ao sistema 200 e à Figura 2.

[025] O sistema 200 funciona como um decodificador, em que o mesmo decodifica as informações contidas nos sinais elétricos X e Y. (Observa- se que, embora sistema 200 seja configurado para render um valor da corrente no condutor 113, no terminal 129, essa realização não é discutida no presente documento, mas no Pedido de Patente n° U.S. [ ], depositado simultaneamente). Os sinais X e Y são representativos dos feixes de luz refletidos para o receptor 101 da fibra 115. O sistema 200 pode incluir um processador (não mostrado) e uma memória (não mostrada). O processador pode ser programado para executar as instruções a partir da memória, a fim de controlar os vários componentes de sistema 200, mostrados na Figura 2. Por exemplo, o processador pode ser programado para selecionar o ganho dentre os vários estágios de ganho do sistema 200. Os valores de sinal também podem ser armazenados na memória para permitir o processamento adicional e/ou registro de dados. A memória pode ser localizada junto com o processador e os outros componentes do sistema 200.

[026] Ao ligar, o sistema 200 se submete a um processo de inicialização e calibração, em que os deslocamentos inerentes de módulos de DAC e os módulos de A/D são cancelados. Durante a inicialização e a calibração, o ganho do estágio de ganho 201 é ajustado para 1 (ou para zero, considerando o sinal de entrada de corrente pequeno), considerando que o ganho durante a operação é maior do que 10.000. O deslocamento inerente em DAC 221 é determinado pela obtenção de dados em dois ganhos diferentes, com uso do estágio de ganho 203. Esse deslocamento inerente é, então, removido, deslocando-se a saída de DAC 221, e é adicionado a qualquer sinal admitido para DAC 221. Após calibrar o DAC 221, o deslocamento de A/D 217 é calculado e armazenado na memória. Um procedimento similar é realizado com uso dos estágios de ganho 209 e 211, DAC 225 e A/D 219.

[027] O sistema 200 inclui dois trajetos de sinal, cada um reservado para um dentre o sinal elétrico X e o sinal elétrico Y. Cada um desses trajetos de sinal forma um canal. O trajeto para o sinal elétrico X (doravante o “trajeto de sinal X,” ou o “canal X”) inclui um primeiro estágio de ganho 201 que armazena temporariamente os sinais X. O estágio de ganho 201 pode ser programado para amplificar o sinal elétrico X. Quando o sinal X é uma corrente (isto é, uma fotocorrente no transdutor 117), o estágio de ganho 201 converte os sinais elétricos X em um sinal de tensão.

[028] O estágio de ganho 201 é um estágio de ganho variável. Durante a operação do sistema 200, o processador progride através de vários valores de ganho suportados pelo estágio de ganho 201, até a saída de estágio de ganho 201 alcançar um valor ideal. Por exemplo, o valor ideal pode corresponder à saída de estágio de ganho 201, que alcança uma tensão que é na faixa de cerca de 4 Volts a cerca de 6 Volts. O valor ideal também pode ser uma tensão-alvo predeterminada, e o processador pode parar de progredir através dos valores de ganho do estágio de ganho 201, quando a tensão de saída estiver dentro de uma tolerância da tensão-alvo predeterminada.

[029] O regulador integral 233 força a saída da junção de soma 202 para que seja zero. Assim, a saída de regulador integral 233 representa o deslocamento de CC contido no sinal elétrico X. Forçando-se a saída de junção de soma 202 para zero, o ganho de estágio de ganho 203 (que também é um estágio de ganho variável) pode ser grande, sem saturar A/D 217.

[030] Similarmente, no trajeto para o sinal elétrico Y (isto é, o “trajeto de sinal Y,” ou o “canal Y”), há um estágio de ganho 209 que é um estágio de ganho variável. O processador progride através de vários valores de ganho suportados pelo estágio de ganho 209, até a saída de estágio de ganho 209 alcançar um valor ideal. Conforme descrito anteriormente, o valor ideal pode corresponder à saída de estágio de ganho 209 que alcança uma tensão que é na faixa de cerca de 4 Volts a cerca de 6 Volts. O valor ideal também pode ser uma tensão-alvo predeterminada, e o processador pode parar de progredir através dos valores de ganho do estágio de ganho 209, quando a tensão de saída estiver dentro de uma tolerância da tensão- alvo predeterminada.

[031] O regulador integral 231 força a saída da junção de soma 204 para que seja zero. Assim, a saída de regulador integral 233 representa o deslocamento de CC contido no sinal elétrico Y. Forçando-se a saída de junção de soma 204 para zero, o ganho de estágio de ganho 211 (que também é um estágio de ganho variável) pode ser grande, sem saturar o A/D 219.

[032] O Sistema 200 Também Inclui Um Mux 207 No Trajeto De Sinal X. O Mux 207 Multiplexa Vários Canais X Para O Acionamento 205, Que Aciona O A/D 217. As Entradas De Mux 207 Também Podem Incluir Dados De Fonte De Alimentação Que Podem Servir Para Forçar A Saída De Acionamento 205 Para Um Trilho De Fonte De Alimentação. Em Algumas Implantações, O Mux 207 Pode Ser Um Multiplexador 16 Para 1.

[033] A saída 235 de A/D 217 é alimentada ao trajeto de entrada de regulador integral 233. O A/D 217 pode ser um conversor de 18 bits. Observa- se que as configurações de A/D, tal como flash ou sigma-delta ou qualquer outra arquitetura de A/D, podem ser usadas sem se afastarem do escopo da presente invenção. Além do mais, o trajeto de sinal Y inclui componentes similares, na arquitetura e na função, para os componentes mencionados acima do trajeto de sinal X. Por exemplo, o trajeto de sinal Y inclui um MUX 213, que também pode ser usado para fazer interface com o sistema 200 com múltiplos trajetos de sinal Y que se originam de uma pluralidade de FOCTs. O acionamento 215 aciona o A/D 219, muito semelhante ao acionamento 205 que aciona o A/D 217. A saída 237 de A/D 219 é alimentada ao trajeto de entrada de regulador integral 231 para processamento posterior.

[034] O sistema 200 também inclui vários componentes no trajeto de entrada dos reguladores integrais 233 e 231. Por exemplo, o sinal de saída 235 é escalonado por um fator de “-1” e por um fator de “1/G2”, antes de ser alimentado a uma junção de soma na entrada do regulador integral 233. O fator de escalonamento de “-1” é usado devido ao fato de que os acionamentos de A/D 205 e 215 estão invertendo os amplificadores operacionais. Em outra realização, os amplificadores sem inversão podem ser usados para implantar acionamentos 205 e 215, em que o fator de escalonamento apropriado seria “+1.”

[035] Os dois fatores de escalonamento escalonam eficazmente o sinal de saída 235 para fornecer o sinal 239, que representa o sinal X bruto, mas em um formato digital. Similarmente, no trajeto de entrada de regulador integral 231, o sinal de saída 237 é escalonado por um fator de “-1” e por um fator de “1/G2”, para fornecer o sinal 241, que representa o sinal Y bruto, que também é em formato digital. Observa-se que G2 é o ganho do estágio 203 ou aquele do estágio 211. Durante a operação, ambos os estágios têm ganhos idênticos. Entretanto, de modo geral, os estágios de ganho 203 e 211 não precisam ter o mesmo ganho, visto que esses ganhos podem ser cancelados ajustando-se o sinal, em cada trajeto, com o valor recíproco de seu ganho correspondente. Tais ajustes significam que as saídas 239 e 241 estão em unidades de engenharia. Observa-se que outros sistemas de unidade podem ser usados, sem se afastarem do escopo da presente invenção.

[036] A razão “n/k” nos blocos 247 e 249, em cada um dentre os trajetos de entrada de reguladores integrais 233 e 231, representa a resolução de tensão na qual o sinal pode ser observado em cada um dos trajetos de entrada. Essa resolução de tensão é regida pela quantidade de níveis de quantização de A/D 217 e A/D 219. Por exemplo, nos blocos 247 e 249, “n” pode ser 10, que indica uma oscilação de tensão máxima de 10 Volts, e “k” pode ser 131.071, que representa a quantidade de níveis de quantização de A/D 217 de 18 bits e A/D 219. Observa-se que 10 V corresponde a 131.071 e -10V corresponde a -131.071, permitindo, assim, uma operação bipolar. Além do mais, observa-se que esses valores de “n” e “k” são exemplificativos; os mesmos podem ser mudados, sem se afastarem do escopo da presente invenção.

[037] O sistema 200 também inclui DAC 221 e 225, que convertem as saídas de reguladores integrais 233 e 231 para sinais analógicos, antes da entrada de junções de soma 204 e 202. As razões “m/n” nos blocos 227 e 223 indicam meramente a resolução da conversão de sinal digital para analógico. Por exemplo, “m” pode ser 32.767, que apresenta a quantidade de níveis analógicos de DAC 221 e DAC 225, e “n” pode ser 10, que indica uma tensão máxima de 10 Volts.

[038] Durante a operação de sistema 200, a potência nominal retornada no trajeto de sinal Y é diferente da potência nominal retornada no trajeto de sinal X, visto que perdas diferentes podem ocorrer em cada um dentre os canais. Essas perdas correspondem a um ganho de menos do que 1. Como tal, o regulador do tipo empurrar-puxar 229 é configurado para ajustar o ganho tanto no trajeto de sinal X quanto no trajeto de sinal Y, a fim de forçar cada um dentre o sinal elétrico X e o sinal elétrico Y, para que estejam na mesma base por unidade ("pu"). Isso ocorre por meio das junções de soma 242 e 244 e escalonando-se as saídas de reguladores integrais 233 e 231. Isso compensa as perdas, devido às variações de temperatura, deslocamentos de cristal e várias perdas de componentes ópticos.

[039] Uma vez que o regulador do tipo empurrar-puxar 229 corrigiu o ganho, o sinal elétrico Y pode ser, então, subtraído do sinal elétrico X, e qualquer componente de CC será eliminado. Os sinais 243 e 245 correspondem, respectivamente, ao deslocamento de CC no sinal elétrico X e no sinal elétrico Y, respectivamente. Esses sinais foram normalizados e estão na mesma base por unidade e têm essencialmente o mesmo valor. O regulador do tipo empurrar- puxar 229 garante que a remoção de deslocamento pode ser, ainda, realizada quando há uma mudança repentina na potência de saída de fonte de luz 107, devido ao fato de que os sinais X e Y estão na mesma base por unidade. Especificamente, uma mudança repentina na potência de luz seria a mesma, em ambos os sinais X e Y, em 243 e 245. Isso é importante visto que, em algumas implantações, os reguladores integrais 233 e 231 podem ser relativamente lentos em forçar as saídas de junções de soma 202 e 204 para zero. Assim, como resultado da operação de regulador do tipo empurrar-puxar 229, qualquer componente de CA que apareceria na corrente medida, devido às distorções, será removido. Esse componente de CA é o componente não simétrico nos sinais X ou Y que resulta da integração do seno de uma onda de seno, conforme é feito em cada um dentre os trajetos de sinal. Tal operação produz um sinal em formato de ovo, que é mais proeminente em valores de corrente altos.

[040] Além do mais, o sistema 200 tem várias vantagens sobre os FOCTs analógicos típicos. Por exemplo, o sistema 200 fornece mais imunidade a ruído do que os FOCTs analógicos típicos. O ruído pode surgir a partir de vibrações que perturbam a fibra 115. Quando isso acontece, a luz na fibra não é perfeitamente polarizada. Em algumas realizações, isso pode não importar, contanto que uma fibra de modo único (SM) usada entre o sensor 105 e o polarizador permaneça estável. Ainda, em outras realizações, uma fibra de manutenção de polarização (PM) pode ser usada entre o sensor 105 e o polarizador para contornar os problemas de ruído. Uma fibra de PM pode ser 6 a 10 vezes mais estável do que a fibra de SM.

[041] Entretanto, de modo geral, qualquer luz previamente polarizada faz com que a potência de luz aumente ou diminua, dependendo de se a mesma combina com o ângulo que o sensor estará tentando polarizar a luz. Se a fibra de SM for movida ou causar vibração, o ângulo de luz polarizada será desviado e será percebido como ruído no receptor/decodificador. Os FOCTs analógicos típicos não podem remover o ruído, e esse ruído vibratório é emitido como ruído no sinal de corrente. Entretanto, nos FOCTs configurados com base nos ensinamentos da presente invenção, nenhum ruído, então, é sobreposto ao sinal de corrente. Isso é realizado pelo regulador do tipo empurrar-puxar 229, que força os sinais X e Y para que estejam na mesma base por unidade. Ao fazer isso, o ruído está na fase em ambos os sinais X e Y, e o ruído é removido quando os sinais X e Y são subtraídos para computar a corrente medida.

[042] O sistema 200 pode ser configurado para fornecer medições de corrente precisas em um regime de corrente baixa e em um regime de corrente alta. Por exemplo, quando os sinais X e Y são adicionados para obter a corrente medida, seu componente de CA é cancelado e apenas o componente de CC permanece. Isso ocorre quando a corrente no condutor 113 está no regime de corrente baixa, isto é, abaixo, aproximadamente, de 4.000 A (rms).

[043] No regime de corrente alta (isto é, para uma corrente no condutor 113 que é maior do que 4.000 A (rms)), a área da seção negativa da forma de onda CA, na corrente medida, é maior do que a área de sua seção positiva. A diferença entre essas duas áreas cresce com as correntes maiores. Como tal, durante as medições de corrente grandes, o sinal de CC será dominado pela porção negativa da corrente e terá uma frequência fundamental de duas vezes aquela da forma de onda na seção negativa.

[044] Assim, se o sinal de CC for filtrado por passa-baixo, a saída decairá com medições de corrente grandes. Esse decaimento corresponde a uma diminuição percebida na potência de luz de estado permanente. O sistema 200 pode ser configurado para detectar um valor máximo em cada ciclo exigido para capturar o valor de potência verdadeiro da fonte de luz. Isso ocorre com uso da razão do valor máximo para o valor de potência percebido como um fator de correção de corrente. Isso elimina o erro não linear para 1 corrente pu, que se refere a um desvio de fase de 45 graus na luz, a partir do valor de estado permanente de corrente zero.

[045] A Figura 3 é uma ilustração do sistema 300, de acordo com uma realização. O sistema 300 pode realizar todas as funções descritas acima, em relação ao sistema 200. Além do mais, o sistema 300 é um sistema de aplicação específica implantado com uso de hardware programável. As funções do sistema 300 podem ser programadas em software e/ou firmware, que podem ser carregados em um meio legível por computador que pode ser lido pelo sistema 300 para fazer com que o sistema 300 execute uma ou mais dentre as funções.

[046] O sistema 300 pode ser implantado com uso de pelo menos um dentre um sistema em um chip (SoC), um computador embutido e um microcontrolador. O sistema 300 pode incluir uma unidade de processamento acoplada a um dispositivo de memória. A memória pode ter instruções armazenadas na mesma, sendo que as instruções são configuradas para fazer com que a unidade de processamento execute as várias funções descritas acima, em relação ao sistema 200.

[047] O sistema 300 pode incluir um ou mais componentes de hardware e/ou software (ou firmware) configurados para buscar, decodificar, executar, armazenar, analisar, distribuir, avaliar e/ou categorizar as informações relacionadas às várias funções e aplicações discutidas no presente documento. Em algumas realizações, a totalidade do sistema 300 pode ser localizada próxima à linha de transmissão (isto é, o condutor 113, na Figura 1). Em outras realizações, alguns componentes de sistema 300 podem ser localizados distantes da linha de transmissão, isto é, distantes do local de medição.

[048] O sistema 300 pode incluir uma, ou mais de uma, unidade de processamento 311, um dispositivo de armazenamento 315, uma memória 301, um módulo de entrada/saída (I/O) 309 e uma interface de rede de comunicação 313. O sistema 300 pode ser conectado a uma rede de comunicação 317 por meio de interface de rede 313. Como tal, o sistema 300 pode ser comunicativamente acoplado a uma base de dados 319. Embora a Figura 3 ilustre apenas uma base de dados (base de dados 319), um técnico no assunto reconhecerá, prontamente, que o sistema 300 pode ser comunicativamente acoplado a várias bases de dados.

[049] O sistema 300 pode ser configurado para fazer interface com um relé protetor, com uso de um protocolo de comunicação. Por exemplo, e sem limitação, o sistema 300 pode ser conectado ao relé protetor, com uso do padrão de barramento de processo IEC 61850. O sistema 300 pode ser configurado para funcionar como um dispositivo de cliente que é comunicativamente acoplado a um servidor (não mostrado), por meio da rede 317. O servidor pode ser localizado em um centro de dados ou distribuído através de uma pluralidade de centros de dados. Em algumas realizações, o módulo de I/O 309 inclui um teclado (não mostrado) para entrada de usuário, o módulo de I/O 309 inclui uma interface serial ou módulo de I/O 309 pode ser um servidor de rede comunicativamente acoplado ao sistema 300, por meio da rede 317. Em outras realizações, o módulo de I/O 309 pode incluir uma interface de tela sensível ao toque para entrada e um ou mais visores para saída visual, tal como uma tela de visualização.

[050] A unidade de processamento 311 pode incluir um ou mais dispositivos de processamento ou núcleos (não mostrados). Adicionalmente, conforme mostrado na Figura 3, a unidade de processamento 311 pode ser comunicativamente acoplada ao dispositivo de armazenamento 315, à memória 301, ao módulo de I/O 309 e à interface de rede 313. Como tal, a unidade de processamento 311 pode ser configurada para executar as instruções de software ou firmware, rotinas ou sub-rotinas que são projetadas para fazer com que a unidade de processamento 311 realize uma variedade de funções e/ou operações junto com as realizações da presente invenção. Em uma realização, as instruções podem ser carregadas nos vários módulos de memória 301 para execução pela unidade de processamento 311. As instruções também podem ser buscadas pela unidade de processamento 311, a partir da base de dados 319, do dispositivo de armazenamento 315, ou as mesmas podem ser fornecidas à unidade de processamento 311, a partir do módulo de I/O 309.

[051] O dispositivo de armazenamento 315 pode incluir um dispositivo volátil ou não volátil, magnético, semicondutor, de fita, óptico, removível, não removível, apenas de leitura, de acesso aleatório ou outro tipo de dispositivo ou meio de computador legível por computador. Além do mais, o armazenamento 315 pode ser configurado para registrar os dados processados, gravados ou coletados durante a operação de sistema 300. Os dados podem ser com timbre de data e hora, catalogados, indexados ou organizados de uma variedade de modos, coerente com a prática de armazenamento de dados, sem se afastarem do escopo da presente invenção.

[052] A interface de rede de comunicação 313 inclui um ou mais componentes configurados para transmitirem e receberem dados, por meio da rede de comunicação 317. Esses componentes podem incluir um ou mais moduladores, demoduladores, multiplexadores, desmultiplexadores, dispositivos de comunicação em rede, dispositivos sem fio, antenas, modens e qualquer outro tipo de dispositivo configurado para viabilizar a comunicação de dados, por meio de qualquer rede de comunicação adequada. Além do mais, a rede de comunicação 317 pode ser qualquer rede apropriada que permite a comunicação entre ou dentre um ou mais sistemas de computação, tais como a Internet, uma rede de área local ou uma rede de área ampla.

[053] A memória 301 pode incluir um módulo de inicialização e de calibração 303, configurado para fazer com que a unidade de processamento 311 inicialize e calibre o sistema 300, conforme descrito acima, em relação ao sistema 200. Adicionalmente, a memória 301 pode incluir um módulo de remoção de deslocamento X 305 configurado para fazer com que a unidade de processamento 311 receba um sinal elétrico X, a partir de um transdutor (não mostrado) e para remover um deslocamento do sinal elétrico X. Além do mais, a memória 301 pode incluir um módulo de remoção de deslocamento Y 307 configurado para fazer com que a unidade de processamento 311 receba um sinal elétrico Y de outro transdutor (não mostrado) e para remover um deslocamento do sinal elétrico Y.

[054] A memória 301 também pode incluir um módulo de normalização 308 configurado para normalizar o sinal elétrico Y e o sinal elétrico X, em que a normalização inclui fazer com que o sinal elétrico X e o sinal elétrico Y estejam na mesma base por unidade. Em suma, enquanto apenas poucos módulos são descritos, em relação à memória 301, deve-se compreender que todas dentre as funções de sistema 200 podem ser implantadas na forma de módulos de memória 301.

[055] Tendo apresentado a estrutura e a função de sistema 200 e os vários módulos incluídos no sistema 200, as operações, junto com as realizações da presente invenção, são, agora, descritas. Tais operações podem incluir executar um método de remoção de um deslocamento de CC, com uso dos sistemas previamente descritos.

[056] A Figura 4 é um fluxograma que ilustra um método 400, de acordo com uma realização. O método 400 pode ser executado com uso dos sistemas descritos acima. Adicionalmente, o mesmo pode ser usado para remover os deslocamentos em sinais elétricos, além de ajustar um ou mais sinais elétricos para que estejam na mesma base por unidade. Observa-se que, enquanto o método 400 é discutido no contexto de sinais elétricos transduzidos a partir de sinais de luz de FOCT, o método 400 não se limita apenas a tais aplicações. Especificamente, o método 400 pode ser usado para qualquer aplicação em que a remoção de deslocamento e a normalização de sinal sejam exigidas.

[057] O método 400 inclui receber, por um sistema semelhante àquele revelado no presente documento, um primeiro sinal de luz. Adicionalmente, o método 400 inclui transduzir o primeiro sinal de luz para um primeiro sinal elétrico, que pode ser o sinal X, conforme descrito acima (etapa 401). O método 400 também inclui receber um segundo sinal de luz e transduzir o segundo sinal de luz para um segundo sinal elétrico, que pode ser o sinal Y, conforme descrito acima (etapa 401).

[058] O método 400 inclui, então, ajustar o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico, até que ambos os sinais elétricos estejam na mesma base por unidade (403). Além do mais, o método 400 também pode incluir remover os deslocamentos presentes em cada um dentre o primeiro sinal elétrico e segundo sinal elétrico ajustados (etapa 405).

[059] Em algumas realizações, o método 400 pode incluir calcular uma diferença em deslocamentos de CC entre o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico (407). Além disso, como resultado de monitoramento dos deslocamentos de CC, o método 400 pode incluir alterar o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico, até que ambos os sinais sejam iguais. Ajustar os sinais elétricos pode incluir alterar o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico, fornecendo-se um ganho para multiplicar cada um dos sinais, até que ambos sejam iguais. Além do mais, ajustar os sinais pode incluir normalizar o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico.

[060] Aqueles técnicos no assunto relevante compreenderão que várias adaptações e modificações das realizações descritas acima podem ser configuradas, sem se afastarem do escopo da invenção. Então, portanto, deve- se compreender que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada de outra maneira, além da especificamente descrita no presente documento.

Claims

1. SISTEMA PARA USO COM UM TRANSDUTOR DE CORRENTE DE FIBRA ÓPTICA (100), o sistema caracterizado por compreender: uma unidade de processamento (132) configurada para: (i) transduzir um primeiro sinal de luz para um primeiro sinal elétrico (X); (ii) transduzir um segundo sinal de luz para um segundo sinal elétrico (Y); calcular um primeiro deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) do primeiro sinal elétrico (X); calcular um segundo deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) do segundo sinal elétrico (Y); calcular uma diferença de valor subtraindo o primeiro deslocamento de CC (243, 245) do primeiro sinal elétrico (X) do segundo deslocamento de CC (243, 245) do segundo sinal elétrico (Y); calcular, baseado na diferença de valor, um primeiro ganho para o primeiro sinal elétrico (X) e um segundo ganho para o segundo sinal elétrico (Y); calcular um primeiro descolamento ajustado de corrente contínua (CC) multiplicando o primeiro deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) pelo primeiro ganho; calcular um segundo deslocamento ajustado de corrente contínua (CC) multiplicando o segundo deslocamento de corrente contínua (CC) (245) pelo segundo ganho; em que o primeiro e segundo ganho são determinados de forma que o primeiro deslocamento ajustado de corrente contínua (CC) é igual ao segundo deslocamento ajustado de corrente contínua (CC); calcular um primeiro sinal elétrico ajustado multiplicando o primeiro sinal elétrico (X) pelo primeiro ganho e; calcular um segundo sinal elétrico ajustado multiplicando o segundo sinal elétrico (Y) pelo segundo ganho, em que a unidade de processamento (132) é adicionalmente configurada para remover os deslocamentos (243, 245) do primeiro sinal elétrico (X) e do segundo sinal elétrico (Y), forçando o primeiro sinal elétrico (X) e o segundo sinal elétrico (Y) para que estejam na mesma base por unidade.

2. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender adicionamelmente um cristal configurado para direcionar o primeiro sinal de luz e o segundo sinal de luz.

3. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo primeiro deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) ser calculado integrando o primeiro sinal elétrico com um integrador e o segundo deslocamento de corrente contínua (243, 245) ser monitorado integrando o segundo sinal elétrico com o integrador.

4. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo primeiro deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) ser fornecido para uma junção de soma para remover o primeiro deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) do primeiro sinal elétrico e o segundo deslocamento é fornecido para uma segunda junção de soma para remover o segundo deslocamento de corrente contínua (CC) (243, 245) do segundo sinal elétrico.

5. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo primeiro sinal de luz e segundo sinal de luz serem fornecidos pela luz em uma fibra (115) que é refletida por uma primeira e segunda trajetória.

6. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pela fibra (115) ser posicionada ao redor de um condutor (113).

7. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de processamento (132) ser configurada para:calcular um primeiro sinal ajustado removido subtraindo o primeiro deslocamento ajustado de corrente contínua (CC) do primeiro sinal elétrico ajustado; ecalcular um segundo sinal ajustado removido subtraindo o segundo deslocamento ajustado de corrente contínua (CC) do segundo sinal elétrico ajustado.

8. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pela unidade de processamento (132) ser configurada para calcular um sinal de corrente medido pela subtração do primeiro sinal ajustado removido do segundo sinal ajustado removido.

9. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pela unidade de processamento (132) ser configurada para calcular um sinal de corrente medido pela subtração do primeiro sinal elétrico ajustado com o segundo sinal elétrico ajustado.

10. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de processamento (132) ser configurada para calcular um sinal de corrente medido pela adição do primeiro sinal elétrico ajustado com o segundo sinal elétrico ajustado.